ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В работе приведены результаты экспериментальных исследований применения графеновых нанотрубок для повышения теплопроводности фазоизменяемого материала. Методом ультрозвуковой обработки в расплавленном парафине диспергировали графеновые нанотрубки в количестве 0,1…0,5 мас. %. Полученные образцы парафина с графеновыми нанотрубками исследовали на сканирующем калориметре. Все образцы с различным содержанием нанотрубок при нагреве и охлаждении на ДСК-кривых имели два пика, соответствующих фазовым переходам основных углеводородов, входящих в состав парафина. Наличие нанотрубок в парафине существенно не влияло на форму ДСК-кривых. Эксперименты с нагревом образцов в термостате по времени задержки в изменении температуры образцов свидетельствовали о повышении коэффициента теплопроводности парафина в твердом состоянии при добавлении в него графеновых нанотрубок и снижении – в жидком. Данные эффекты усиливались с ростом массового содержания нанотрубок. Методом стационарного теплового потока определен коэффициент теплопроводности образцов фазоизменяемого материала с нанотрубками. По результатам измерений максимальное увеличение коэффициента теплопроводности парафина в твердом состоянии составило 22 % при концентрации нанотрубок 0,5 мас. %. Проведено сопоставление коэффициентов теплопроводности различных материалов с «контрастными» включениями по результатам расчетов и экспериментов.

1. Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications / B. Zalba, J.M. Marin, L.F. Cabeza, H. Mehling // Applied Thermal Engineering. – 2003. – Vol. 23. – P. 251–283. – DOI: 10.1016/S1359-4311(02)00192-8.
2. Phase-change materials (PCM) for automotive applications: A review / J. Jaguemont, N. Omar, P. Van den Bossche, J. Mierlo // Applied Thermal Engineering. – 2018. – Vol. 132. – P. 308–320.
3. Dincer I., Hamut H.S., Nader J. Thermal management of electric vehicle battery systems. – Chichester, West Sussex: Wiley, 2017. – 480 p.
4. An experimental study of enhanced heat sinks for thermal management using n-eicosane as phase change material / A. Arshad, H.M. Ali, W.-M. Yan, A.K. Hussein, M. Ahmadlouydarab // Applied Thermal Engineering. – 2018. – Vol. 132. – P. 52–66.
5. Parametric studies on packed bed storage unit filled with PCM encapsulated spherical containers for low temperature solar air heating applications / S. Karthikeyan, G. Ravikumar Solomon, V. Kumaresan, R. Velraj // Energy Conversion and Management. – 2014. – Vol. 78. – P. 74–80.
6. Souayfane F., Fardoun F., Biwole P.H. Phase change materials (PCM) for cooling applications in buildings: a review // Energy and Buildings. – 2016. – Vol. 129. – P. 396–431.
7. The behavior of self-compacting concrete containing micro-encapsulated phase change materials / M. Hunger, A.G. Entrop, I. Mandilaras, H.J.H. Brouwers, M. Founti // Cement and Concrete Composites. – 2009. – Vol. 31. – P. 731–743.
8. Heat transfer study of phase change materials with graphene nanoparticle for thermal energy storage / K. Kant, A. Shukla, A. Sharma, P.H. Biwole // Solar Energy. – 2017. – Vol. 146. – P. 453–463.
9. Thermographic analysis of polyurethane foams integrated with phase change materials designed for dynamic thermal insulation in refrigerated transport / A. Tinti, A. Tarzia, A. Passaro, R. Angiuli // Applied Thermal Engineering. – 2014. – Vol. 70. – P. 201–210.
10. Effect of microencapsulated phase change material in sandwich panels / C. Castellón, M. Medrano, J. Roca, L.F. Cabeza, M.E. Navarro, A.I. Fernández, A. Lázaro, B. Zalba // Renewable Energy. – 2010. – Vol. 35. – P. 2370–2374.
11. Borodulin V.Yu., Nizovtsev M.I. Heat-inertial properties of walls of lightweight thermal insulation with phase change materials // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1105. – P. 012108.
12. Anand A., Shukla A., Sharma A. Recapitulation on latent heat hybrid buildings // International Journal of Energy Research. – 2020. – Vol. 44. – P. 1370–1407.
13. Singh S.P., Bhat V. Performance evaluation of dual phase change material gypsum board for the reduction of temperature swings in a building prototype in composite climate // Energy and Buildings. – 2018. – Vol. 159. – P. 191–200.
14. Experimental assessment of position of macro encapsulated phase change material in concrete walls on indoor temperatures and humidity levels / X. Shi, S.A. Memon, W. Tang, H. Cui, F. Xing // Energy and Buildings. – 2014. – Vol. 71. – P. 80–87.
15. Yang Y., Kong W., Cai X. Solvent-free preparation and performance of novel xylitol based solid-solid phase change materials for thermal energy storage // Energy and Buildings. – 2018. – Vol. 158. – P. 37–42.
16. A facile synthesis of solid-solid phase change material for thermal energy storage / W. Kong, X. Fu, Z. Liu, C. Zhou, J. Lei // Applied Thermal Engineering. – 2017. – Vol. 117. – P. 622–628.
17. Thermal conductivity enhancement of phase change materials using a graphite matrix / A. Mills, M. Farid, J.R. Selman, S. Al-Hallaj // Applied Thermal Engineering. – 2006. – Vol. 26. – P. 1652–1661.
18. Распространение тепла в фазоизменяемом материале при постоянном тепловом потоке / М.И. Низовцев, В.Ю. Бородулин, В.Н. Летушко, В.И. Терехов, В.А. Полубояров, Л.К. Бердникова // Теплофизика и аэромеханика. – 2019. – Т. 26, № 3. – С. 337–350.
19. Wang Y., Chen Z., Ling X. An experimental study of the latent functionally thermal fluid with micro-encapsulated phase change material particles flowing in microchannels // Applied Thermal Engineering. – 2016. – Vol. 105. – P. 209–216.
20. Hayat M.A., Chen Y. A brief review on nano phase change material-based polymer encapsulation for thermal energy storage systems // Energy and Sustainable Futures: Proceedings of 2nd ICESF 2020. – Cham: Springer, 2021. – P. 19–26. – (Springer Proceedings in Energy).
21. Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications / B. Zalba, J.M. Mar??n, L.F. Cabeza, H. Mehling // Applied Thermal Engineering. – 2003. – Vol. 23. – P. 251–283.
22. A review on thermophysical properties of nanoparticle dispersed phase change materials / M.A. Kibria, M.R. Anisur, M.H. Mahfuz, R. Saidur, I.H.S.C. Metselaar // Energy Conversion and Management. – 2015. – Vol. 95. – P. 69–89.
23. Review on nanoencapsulated phase change materials: preparation, characterization and heat transfer enhancement / C. Liu, Z. Rao, J. Zhao, Y. Huo, Y. Li // Nano Energy. – 2015. – Vol. 13. – P. 814–826.
24. Nurten S., Fois M., Paksoy H. Improving thermal conductivity phase change materials – a study of paraffin nanomagnetite composites // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2015. – Vol. 137. – P. 61–67.
25. The experimental exploration of carbon nanofiber and carbon nanotube additives on thermal behavior of phase change materials / Y. Cui, C. Liu, S. Hu, X. Yu // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2011. – Vol. 95. – P. 1208–1212.
26. Xie X.-L., Mai Y.-W., Zhou X.-P. Dispersion and alignment of carbon nanotubes in polymer matrix: a review // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2005. – Vol. 49. – P. 89–112.
27. Maxwell J.C. A treatise on electricity and magnetism. – Oxford: Oxford University Press, 1904. – 435 p.
28. Bruggeman D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeiten der Mischkörper aus isotropen Substanzen // Annalen der Physik. – 1935. – Bd. 416, N 7. – S. 636–664.
29. Meredith R.E., Tobias C.W. Conductivity in emulsions // Journal of the Electrochemical Society. – 1961. – Vol. 103. – P. 286–290.
30. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. – М.: Физматгиз, 1962. – 452 с.
31. Xu Y., Kinugawa J., Yagi K. Development of thermal conductivity prediction system for composites // Materials Transactions, JIM. – 2003. – Vol. 44, N 4. – P. 629–632.
32. Эффективная теплопроводность дисперсных материалов с контрастными включениями / М.И. Эпов, В.И. Терехов, М.И. Низовцев, Э.Л. Шурина, Н.Б. Иткина, Е.С. Уколов // Теплофизика высоких температур. – 2015. – Т. 53, № 1. – С. 48.