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倫斯勒理工學院Jie Lian等--三維空心還原氧化石墨烯管組件用于高導熱相變復合材料和高效太陽能-熱能轉換
        由于其非凡的機械強度和導電導熱性,石墨烯纖維及其衍生物已被廣泛用于各種功能應用中。在這項工作中,我們報告了使用與石墨烯纖維相同的濕法紡絲方法合成的三維(3D)空心還原氧化石墨烯管組件(HrGOTA)。HrGOTA具有很高的導熱性,并顯示出封裝相變材料以實現有效的太陽-熱能轉換的獨特能力。HrGOTA由濕氣融合的空心還原氧化石墨烯管(HrGOTs)層組成,其單個熱導率高達578 W m-1 K-1。通過將1-十八醇浸漬到HrGOTs中,得到了一種1-十八醇填充的HrGOT相變復合材料(PCC),其潛熱為262.5 J g-1。這一高潛熱來自于1-十八醇和還原的氧化石墨烯管之間的界面相互作用,這一點從填充1-十八醇和1-十八醇/多壁碳納米管填充的HrGOTA樣品的XRD圖案的變化中可以看出。此外,1wt%的多壁碳納米管被添加到PCC中以提高可見光的吸收。由于其高導熱性和可見光吸收率,這些新的PCC顯示出高達81.7%的太陽-熱能轉換和儲存效率,與最先進的碳基PCC相稱,但其碳重量百分比明顯較低。

 
圖1. (a) 顯示通過同軸濕法紡絲制造HGOT的示意圖。(b) HrGOT的SEM圖像。(c) 準備好的HrGOTs的數字圖像。(d) 干燥過程中作用于空心氧化石墨烯凝膠管的力的示意圖。(e) HrGOTA的數字圖像。(f) 兩個垂直方向的HrGOTs外表面水分融合的SEM圖像。

 
圖2. (a-f) 由HrGOT制備的1-十八醇填充的HrGOT復合材料的數字圖像,其開口干燥時間為1、5、10、15、30和60秒。 (g) 液體1-十八醇在rGO片上的接觸角測量。(h) 準備好的1-十八醇/MWCNT填充HrGOTA的數字圖像。(i) 與1-十八醇和1-十八醇/MWCNT相比,填充有1-十八醇和1-十八醇/MWCNT的HrGOTA復合材料的XRD圖案向右移動。

 
圖3. (a) 填充1-十八醇的HrGOT的內熱和外熱相變焓值與它們的石墨烯重量百分比有關。(b) 1-十八醇填充的HrGOT在50次加熱-冷卻循環中的DSC曲線。(c) 1-十八醇填充的HrGOT的內熱和外熱相變焓值作為加熱-冷卻循環的函數。(d) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOT在50次加熱-冷卻循環中的DSC曲線。(e) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOT的內熱和外熱相變焓值作為加熱-冷卻循環的函數。(f) 1-十八醇、1-十八醇/MWCNT和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOT在熱板加熱300秒內的質量保留百分比。

 
圖4.(a)在熱板上加熱的1-十八醇(第一列)、1-十八醇/MWCNT(第二列)、1-十八醇填充的HrGOTA(第三列)和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA(第四列)樣品的紅外圖像。(b) 在熱板上加熱時,填充十八烷醇的HrGOTA、填充十八烷醇/MWCNT的HrGOTA、1-十八烷醇/MWCNT和1-十八烷醇樣品的溫度曲線。(c) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA中宏觀和微觀的導熱網絡示意圖。(d) 通過LFA測量得出的1-十八醇/MWCNT和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的通面和面內熱導率,不同碳重量百分比。(e) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的熱導率提升與最近文獻中其他碳基PCC的比較。

 
圖5:(a)1-十八醇、1-十八醇/MWCNT、1-十八醇填充的HrGOTA和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的紫外-可見-近紅外表征。(b) 1-十八醇填充的HrGOTA和1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA在不同溫度下的紅外輻射率。(c) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA在太陽能模擬器中的太陽-熱收集實驗的設置示意圖。(d) 在太陽輻射強度為4的情況下,不同層的1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的溫度曲線。(e) 在不同強度的太陽輻射下,具有五層的1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的溫度曲線。(f) 1-十八醇/MWCNT填充的HrGOTA的最大太陽-熱能轉換和儲存效率與近期文獻中的碳基PCCs的比較。
 
      相關研究成果由倫斯勒理工學院Jie Lian等人2023年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.3c00546)上。原文:Three-Dimensional Hollow Reduced Graphene Oxide Tube Assembly for Highly Thermally Conductive Phase Change Composites and Efficient Solar–Thermal Energy Conversion。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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