正十八烷在材料领域的应用进展

正十八烷是单一正构烷烃，可以由可再生植物资源提纯获取，具有高纯度，高焓值，化学性能稳定等特点。在功能性调温纺织品和建筑节能领域以及冷链运输领域具有广泛的应用。此外，正十八烷也是具有环境友好，可再生，纯植物萃取天然无污染的非极性有机溶剂，是矿物油的优秀替代品。本文将介绍它在能源材料领域中的应用进展。

研究背景

太阳能是一种丰富、便宜且绿色的可再生能源。由于太阳能在世界上分布不均，开发能够收集太阳能并将其直接转化为可用能源的有效光热转换材料至关重要。在相变过程中，相变材料(PCMs)可以储存大量的能量。然而，在实际应用中PCMs容易泄漏和腐蚀，这对其应用构成了严重阻碍。微胶囊封装技术是避免PCMs泄漏和腐蚀的有效手段。此外，除金属相变材料外，一般相变材料由于导热率低而传热性能差，这将对能量存储和储/释热速率产生负面影响。纳米碳化硅具有价格低廉、化学稳定性、耐磨性好、机械特性突出和导热率高等多种优异性能。研究表明，可以通过在微胶囊制备过程中将纳米 SiC 嵌入有机壳表面来增强微胶囊的传热和光热转换性能。

进展

Kuan Zhao 等人^[1]通过悬浮聚合制备了结合了以交联聚苯乙烯（CLPS）为壳的相变材料正十八烷（ODE）的微胶囊。采用 SiC 纳米颗粒对CLPS壳进行改性，以改善微胶囊的传热和光热转换。扫描电子显微镜（SEM）分析揭示了具有一般球形的微胶囊。通过能量色散 X 射线（EDS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对微胶囊样品的表面成分和化学组成进行了检测，表明纳米 SiC颗粒已掺杂到 CLPS 壳中。添加1.25 wt.%纳米SiC颗粒的微胶囊样品（MPCM3）在四种不同纳米SiC含量的微胶囊样品中表现出最好的热性能，并且所有纳米SiC掺杂的微胶囊的热导率都有所提高。与未改性的微胶囊相比（MPCM1），MPCM3的热导率提高了65.3%，达到0.124 ± 0.005 W/(m·K)。MPCM3 的熔化焓和结晶焓高于 MPCM1，分别达到106.8 ± 0.3 J/g和104.9 ± 0.2 J/g。MPCM3具有优异的热稳定性，分解温度达到417.6±1.3 ℃。MPCM3的封装效率达到94.6±0.3%。

在光热转换实验中，纳米SiC改性微胶囊表现出优异的光热转换性能。这是因为当太阳光照射到微囊表面时，壳表面的纳米SiC吸收光子。内部价带中的电子受到激发，通过带隙跃迁到空带，从而形成电子-空穴对和导带电子。由于光致载流子衰减，导带电子跳回价带。在这个过程中，吸收的光子以热能的形式释放出来。纳米碳化硅还是一种高导热材料，可以将产生的热能快速传递给芯材正十八烷，从而实现快速储能和高效光热转换。与MPCM1相比，MPCM3的光热转换效率提高了145.68%，达到了54.91%。这种具有储热、增强传热和光热转换性能的纳米SiC改性微胶囊在太阳能器件、智能保温设备、节能建筑等方面具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] Enhanced photothermal conversion and thermal conductivity of phase change n-octadecane microcapsules shelled with nano-SiC doped crosslinked polystyrene. doi:10.1016/j.enss.2022.09.003