期刊刊名：科學與工程技術期刊 　 卷期：19卷2期

篇名出版日期：2023年9月1日

作者：蔡鎮宇,吳煜華,李世傑,姚品全,Chen-Yu Tsai, Yu-Hua Wu, Shih-Chieh Lee, Pin-Chuan Yao

語言：Chinese

關鍵字：石墨烯,相變化材料,石蠟,懸浮液,高導熱性,graphene, phase change materials, paraffin, dispersion, thermally conductive fillers

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摘要：
因應全球暖化是本世紀人類最重要的課題之一，造成這種環境危機的主因之一是文明社會過度消耗化石燃料能源，導致溫室氣體的過量排放所致。因此，吾人必須嚴格調控能源供應，有效利用熱能並力行節能減碳以對抗暖化危機。從熱能管理的角度來看，儲熱技術一直是熱能應用研發的焦點，包含家用冷暖空調、太陽能集熱器、儲熱系統和工業餘熱回收利用等領域。在各種熱能儲存技術中，潛熱的儲能技術深受重視，藉由提高單位質量的儲能能力，可以實現更多的熱能應用場域。相變化材料（Phase change materials, PCMs）是潛熱儲能系統中不可或缺的存儲介質。石蠟（Paraffin）具有高熔化熱、低蒸氣壓（熔融態時）、化學安定性佳等諸多優良特性，近年受到廣泛的關注，許多研究學者視其為最具發展潛能的理想儲熱材料之一。然而，石蠟的導熱率（~0.2 Wm-1K-1）很低，不利於後續的商品化發展。為了緩解這一缺點，在本研究中，吾人於石蠟相中加入具良好導熱性質的石墨烯粉體，以增加石蠟相變化材料的儲熱效率。初步研究顯示，若直接投入石墨烯粉末，則易形成分散不佳的狀態。若改以石墨烯懸浮液為原料，再與熔融態石蠟摻混，則可順利形成分散均勻的石蠟-石墨烯複合材料。若在上述體系中，加入少量的表面活性劑，則可以進一步提升石墨烯於石蠟相中的分散性。此點可由以下實驗中加以證明：使用10、20 和 30wt.-% 等3種不同濃度的石墨烯懸浮液，於相同的石墨烯負載量下，所形成的石墨烯/石蠟 PCMs 複合材料，其導熱性增強且數值相似。如同熱重分析 （Thermogravimetric analysis, TGA）所證實的，此三個樣品都表現出良好的分散性。其實際樣品重量與理論值的偏差僅為0.05%。石墨烯/石蠟 PCMs 複合材料的熱導率以熱盤法（hot-disk method）測定。結果顯示：石蠟/石墨烯複合材料於3 wt.-%石墨烯負載量時，具有最大的導熱係數，0.2792 W m-1K-1；與純石蠟相比，導熱率提高了2.8%。以示差掃描量熱分析儀 （Differential scanning calorimetry, DSC） 量測樣品的熔化潛熱，結果顯示：石蠟/石墨烯複合材料較純石蠟的熔化潛熱降低了5~8%，對實際應用而言，此一增量是合理的。若改以其他導熱性替代品，如多壁奈米碳管（multi-walled carbon nanotubes, MWNT）與氮化硼（boron nitride, BN），在相同條件下進行評估。則這些樣品的熔化潛熱大幅下降超過 8%，對實際應用而言，改質效果較不理想。

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