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
