研究の背景
相変化材料（PCM）は、環境に優しく持続可能なことから、建物の温度制御、廃熱の再利用、電子製品の放熱などに広く利用されています。様々な種類のPCMの中でも、ポリエチレングリコール（PEG）やパラフィンワックスなどの有機PCM（OPCM）は、相変化エンタルピーが高く、相変化温度範囲が広く、腐食性が低く、毒性がなく、熱安定性に優れているため、他の種類のPCMよりも広く使用されています。しかし、OPCMの熱伝導率の低さと融点を超える温度で漏れやすいという性質が、大規模応用の大きな障害となっています。そのため、多くの研究チームがこれらの問題に関する広範な研究を行ってきました。
記事の紹介
最近、桂林電子科技大学の鄒勇金教授と孫立賢教授のグループは、安定した多機能OPCMの構築を目指し、炭化メラミンフォーム/還元酸化グラフェンでコーティングした銅ネットワーク（MF/rGO/Cu-C）を新たに開発しました。蓄熱材にはPEGが使用され、本論文では真空含浸法によって複合OPCM（PEG@MF/rGO/Cu-C）が作製されました。pEG@MF/rGO/Cu-Cは高い融解エンタルピー（148.3 J g-1）と結晶化エンタルピー（143.9 J g-1）を有しています。さらに、熱伝導率は0.4621 W m-1K-1に達し、PEG@MFと比較して463%向上しています。この複合OPCMは優れた光熱変換特性と電熱変換特性も備えているため、多方面への応用が期待されます。
グラフィック分析
- GO を溶液含浸により MF(メラミンフォーム) 3D フレームワークに充填して MF/GO ネットワークを得ます。次に、MF/GO を化学的に銅メッキし、銅メッキ処理中に GO を同時に還元して MF/rGO/Cu を得ます。次に、MF/rGO/Cu ネットワークを高温で炭化して MF/rGO/Cu-C を得ます。最後に、PEG を真空含浸により MF/rGO/Cu-C に充填して PEG@MF/MF/rGO/Cu-C 複合 OPCM を得ます。
- SEMを用いて材料の形態を観察した。MFのテンプレート作用により、MF/GO、MF/rGO/Cu、MF/rGO/Cu-Cはいずれも類似した3D多孔質メッシュ構造を有していた。さらに、SEM像からCu粒子の充填が成功していることが観察された。
- XRD、FT-IR、XPS 分析の結果は、銅粒子の充填が成功し、GO が削減されたことを示しています。
- OPCMの相変化挙動をDSCを用いて調査した。全ての複合OPCMのDSC曲線は純粋なPEGの曲線と類似しており、融解ピークと結晶化ピークを示した。これは、キャリアの導入がPEGの結晶化挙動に変化を与えなかったことを示している。さらに、rGOとCuの導入、および炭化処理によって、ネットワークの熱伝導率が向上した。
- PEG@MF/rGO/Cu-C は優れた光熱変換能力を備えています。
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SINOYQXについて
SINOYQXはガスチェーンを基盤とする巨大化学企業であり、尿素（アドブルー）、メラミン、メラミンフォーム、メラミンシアヌレート（MCA）、ポリリン酸エステル（MPP）、ポリビニルブチラール樹脂（低重合PVB樹脂）などの化学製品を製造しています。アドブルーの年間生産能力は150,000万リットル、顆粒は600,000万トン、メラミンは50,000万トン、メラミンフォームは200,000万立方メートル、メラミンシアヌレート（MCA）は3万トンです。また、トランスレート（50,000Mシンサレート相当）は3日あたり20,000万平方メートルの生産能力があります。
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