مروری کوتاه بر کامپوزیت ایروژل ‏های پلیمری رسانای گرما

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پلیمر-دانشکده مهندسی شیمی-دانشگاه تربیت مدرس-تهران-ایران

2 عضو هیات علمی گروه مهندسی پلیمر دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

ایروژل‏ ها به ­دلیل چگالی بسیار کم، تخلخل و مساحت سطح ویژه زیاد و سایر خواص منحصر به‌فرد کاربردهای فراوانی در صنعت دارند. ایروژل‏ های پلیمری رسانای گرما با توجه به نیاز عمده صنعت به کامپوزیت‏ های رسانای گرما و چگالی کم، پرکاربرد هستند. مهم‌ترین کاربرد ایروژل‏ های پلیمری رسانای گرما در کامپوزیت‏ های تغییرفاز (phase change composites, PCCs) به­ عنوان قالب پایدارکننده شکل برای ذخیره انرژی گرمایی است. مواد تغییر فاز (phase change materials, PCMs) به مواد بلوری یا نیمه­ بلوری گفته می­ شود که در خلال تغییر فاز از جامد به مایع و برعکس، دارای قابلیت ذخیره و دفع انرژی گرمایی هستند. میزان ذخیره یا دفع انرژی گرمایی بستگی به مقدار ماده تغییر فاز در سامانه و آنتالپی ذوب-بلورینگی آن دارد. ساختار متخلخل ایروژل‏‏ ها، مواد تغییر فاز مذاب را به‌خوبی در خود جای می­ دهد و از نشت آن‏ها جلوگیری می‏ کند. افزایش ظرفیت بارگیری PCM­­ها به ­دلیل تخلخل زیاد ایروژل‏ ها و نیز رسانندگی گرمایی زیاد ایروژل‏ های رسانای گرما، حفظ گرمای نهان انجماد PCC­ها را در پی دارد و بازده زیاد آن‏ها را در ذخیره انرژی تضمین می‏ کند. در این مقاله، مهم‌ترین ایروژل ‏های پلیمری رسانای گرما مرور شده­ اند که پژوهشگران در سال­ های اخیر آن­ها را بررسی کرده ­اند. همچنین سعی شده است، ایروژل­ های رسانای مطلوب کاربرد ذخیره گرمایی با منطق استفاده از سامانه‌های تغییر فاز معرفی و تحلیل شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Brief Review on Thermal Conductive Polymeric Aerogel Composites

نویسندگان [English]

  • Narges Nazari 1
  • Ahmad Reza Bahramian 2
1 Polymer Engineering Department, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Polymer Engineering Department, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

A Aerogels have many applications in industry due to their very low density, high porosity, high specific surface area, and other unique properties. Thermal conductive polymer aerogels are widely used due to the high demand of industry for low density and high thermal conductive composites. The main application of thermal conductive polymer aerogels is shape stable templet for thermal energy storage systems in phase change composites. Phase change materials (PCMs) are crystalline or semi-crystalline materials that have the ability to store or release thermal energy during the phase change from solid to liquid and vice versa. The amount of thermal energy storage/release strongly depends on melting/crystallization enthalpy and mass/volume fraction of phase change material in the system. The porous structure of the aerogel can appropriately store the molten phase change material and prevents its release. Increasing the loading capacity of PCMs due to the high thermal conductivity and porosity of thermal conductive aerogels result in fusion latent heat preserving and ensure their high efficiency in thermal energy storage. In this article, the most important thermal conductive polymer aerogels that researchers have studied in recent years, are reviewed. It has also been tried to introduce and investigate the appropriate conductive aerogels for thermal energy storage based on phase change material systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • aerogel
  • Nano-porosity
  • Thermal Conductive
  • Phase Change Material Composites
  • Thermal Energy Storage
1. An F., Li X., Min P., Li H., Dai Z., and Yu Z., Highly Anisotropic Graphene/Boron Nitride Hybrid Aerogels with Long-Range Ordered Architecture and Moderate Density for Highly Thermally Conductive Composites, Carbon, 126, 119- 127, 2018.
2. Salimian S., Zadhoush A., Naeimirad M., Kotek R., and Ramakrishna S., A Review on Aerogel: 3D Nanoporous Structured Fillers in Polymer-based Nanocomposites, Polym.
Compos., 39, 3383-3408, 2017.
3. Hostler S.R., Abramson A.R., Gawryla M.D., Bandi S.A., and Schiraldi D.A., Thermal Conductivity of a Clay-based Aerogel, Heat Mass Transfer, 52, 665-669, 2009.
4. He W. and Zhang X., Conducting Polymer Aerogels, in Conducting Polymers, IntchOpen, 49-72, 2016. doi 10.5772/63397 5. Manuscript A., High Quality Graphene Aerogels for Thermally Conductive Phase Change Composites with Excellent Shape Stability, J. Mater. Chem. A, 6, 5880-5886, 2018.
6. Chen L., Hou X., Song N., Shi L., and Ding P., Cellulose/ Graphene Bioplastic for Thermal Management: Enhanced Isotropic Thermally Conductive Property by Three-Dimensional
Interconnected Graphene Aerogel, Compos. Part A: Appl. Sci.  Manuf., 107, 189-196, 2018.
7. Lu X., Caps R., Fricke J., Alviso C.T., and Pekala R.W., Correlation between Structure and Thermal Conductivity of Organic Aerogels, J. Non-Cryst. Solids, 188, 226-234, 1995.
8. Zhu H., Li Y., Fang Z., Xu J., Cao F., Wan J., and Preston C., Highly Thermally Conductive Papers with Percolative Layered Boron Nitride, ACS Nano., 4, 3606-3613, 2014.
9. Yang J., Zhang E., Li X., Zhang Y., Qu J., and Yu Z., Cellulose/ Graphene Aerogel Supported Phase Change Composites with High Thermal Conductivity and Good Shape Stability for
Thermal Energy Storage, Carbon, 98, 50-57, 2016.
10. Kahraman D. and Alkan C., Biodegradable PEG/Cellulose, PEG/Agarose and PEG/Chitosan Blends as Shape Stabilized
Phase Change Materials for Latent Heat Energy Storage, Carbohydr. Polym., 84, 141-144, 2011.
11. Lv P., Tan X., Yu K., Zheng R., Zheng J., and Wei W., Superelastic Graphene/Carbon Nanotube Aerogel: A Novel Thermal Interface Material with Highly Thermal Transport Properties,
Carbon, 99, 222-228, 2016.
12. Liao H., Chen W., Liu Y., and Wang Q., A Phase Change Material Encapsulated in a Mechanically Strong Graphene Aerogel with High Thermal Conductivity and Excellent Shape
Stability, Compos. Sci. Tech., 189, 108010, 2020.
13. Liu M., Wang H., Wu S., Wang Y., Qiu S., Zhang S., and Bao C., Preparation of Castable Phase Change Materials Beads Based on Millimeter-Sized Nano Carbon Aerogels for
Thermal Energy Storage, Appl. Therm. Eng., 174, 115319, 2020.
14. Zhang X., Ultralight Conducting Polymer/Carbon Nanotube Composite Aerogels, Carbon, 49, 1884-1893, 2011.
15. Fan Z., Marconnet A., Nguyen S.T., Lim C.Y.H., and Duong H.M., Effects of Heat Treatment on the Thermal Properties of Highly Nanoporous Graphene Aerogels Using the Infrared
Microscopy Technique, Int. J. Heat. Mass. Transf., 76, 122- 127, 2014.
16. Víctor-román S., Simón-herrero C., Romero A., Gracia I., Valverde J.L., and Sánchez-Silva L., CNF-Reinforced Polymer Aerogels: Influence of the Synthesis Variables and
Economic Evaluation, Chem. Eng. J., 262, 691-701, 2015.17. Wu J., Li H., Lai X., Chen Z., and Zeng X., Conductive and Superhydrophobic F-rGO and CNTs/Chitosan Aerogel for
Piezoresistive Pressure Sensor, Chem. Eng. J., 386, 123998, 2020.
18. Wi S., Berardi U., DiLoreto S., and Kim S., Microstructure and Thermal Characterization of Aerogel–graphite Polyurethane Spray-foam Composite for High Efficiency Thermal Energy
Utilization, J. Hazard. Mater., 397, 122656, 2020.
19. Turner S., Shevitski B., Long H., Lorenzo M., Marquez J., Aloni S., Altoe V. et al., Self-assembly and Metal- Directed Assembly of Organic Semiconductor Aerogels and
Conductive Carbon Nanofiber Aerogels with Controllable Nanoscale Morphologies, Carbon, 153, 648-656, 2019.
20. Zhang Z., Tan J., Gu W., Zhao H., Zheng J., Zhang B., and Ji G., Cellulose-chitosan Framework/Polyailine Hybrid Aerogel Toward Thermal Insulation and Microwave Absorbing
Application, Chem. Eng. J., 395, 125-190, 2020.