相变材料的研究与应用新进展

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1、相变材料的研究与应用新进展摘要：棕树了相变材料的研究进展，介绍了复合相变材料的儿种制备方法及其应用领域。关键词：相变材料制备方法热能储存储热技术能够解决能量供给与需求在时间与空间上的矛盾，是节约能源和保护环境的重要技术，在余热回收、太阳能利用、电力的“移谷填峰”、建筑采暖以及空调节能和纺织品保暖等领域有广泛的应用前景。储热技术包括显热、潜热和化学反应储热，其中潜热储热具有储热密度大、容易控制、体积小、储热放热过程近似等温，而成为冃前应用最多的储热方式［1］。常用的无机相变材料有水合盐、熔融盐、金属及其合金，常用的有机相变材料主要有脂肪酸及其脂、多元醇、芳香怪及高分子聚合物。大

2、多数无机相变材料具有腐蚀性，且在相变过程中容易发生“过冷”和“相分离”现象。为了防止“过冷”和“相分离”，通常在相变材料中加入成核剂和稳定剂，为了防止无机相变材料的腐蚀性，必须用特殊的容器来封装。有机相变材料没有过冷和相分离现象，但是材料导热率较低，温度较髙时会发生升华，多次循环使用后相变材料会逐渐分解而消失。相变材料按相变过程分，目前主要应用的有固〜液相变材料、固〜固相变材料2种。由于固~液相变材料在相变过程中有液体生成，因此需要将相变材料和传热介质分开，这样会增加系统的复杂性和成本。固固相变材料由于在相变过程中一直保持固体状态，无需容器盛装，因此固〜固相变材料在应用上占优

3、势，但是固~固相变的相变潜热通常小于固〜液相变的相变潜热。为了克服单相有机和无机相变材料的缺点，以及满足人们对不同相变温度的需要，近年來，将两种或两种以上的相变材料混合,研制了一种在发生固液相变前后能够维持原型的新形复合相变材料一一定型相变材料。1.定型相变材料的研究进展定型相变材料的制备方法目前主要有4种：熔融共混法、封装法、混合一成型一烧结法［2］和溶液一凝胶法［3］。1.1熔融共混法为解决相变材料发生相变时液相的流动泄漏，将相变材料和载体熔融后混合在一起，利用相变材料和载体的相容性，制成相变前后形状不变的复合相变材料。肖敏［4］等将石蜡与一热塑弹性体SBS复合制备了在石

4、蜡熔融状态下任能保持形状稳定的复合相变材料。该复合材料保持了石蜡的相变性，其相变潜热可达纯石蜡的80%,加入膨胀石墨后，其导热性比纯石蜡好。1.2封装法封装法是先把载体制成多孔塑料网状结构或微胶囊，再将相变材料注入其屮，或者先将相变材料加热至熔融状态，然后将载体浸入。发生相变时，相变材料由于被封装，使材料在宏观上保持原形。ZhengguoZhang［5］等将石蜡加热到65°C（熔点），然后加入膨胀石墨，过滤风干后制得石蜡一膨胀石墨复合相变材料，经实验研究该相变材料在发生相变时没有出现液体泄漏。AhmetSar［6］将片状和磷状石墨分散到高密度聚乙烯作为支撑材料，加入到不同的石

5、蜡中以增加相变材料导热率，经实验表明：其导热率分别增加了14%和24%,同吋降低了相变温度。王立新等⑺采用原位聚合法将三聚鼠胶甲醛树脂包覆一种相变点为24°C的相变材料A,制得相变储热微胶囊，并研究了微胶囊的粒径分布、表面形态以及性能影响因素，实验结果表明所得的微胶囊粒径分布均匀、表面光滑、具有很好的致密性和一定的强度。1.3混合一成型一烧结法混合成型烧结法是先把载体和相变材料磨成直径小于几十个微米的粉末，然后加入添加剂压制成熨，最后在电炉屮烧结而成的相变复合材料。该方法在结构上把相变材料和非相变材料以--定的形式结合在--起，使相变材料的熔化和凝固过程在非相变材料烧结成的支

6、撑体内完成，对相变材料來说要求能耐高温、有很大的潜热和比热及热化学性能稳定；对烧结成的支撑体來说要求化学性能稳定、与相变材料具有相容性。黄金等在［8］屮探讨了混合烧结法屮对材料性能的影响因素，指出材料的性能不仅取决于相变材料和支撑体的性能，而且与材料的制备工艺、成型圧力、烧结温度和保温时间有关。1.4溶液一凝娇法溶液一凝胶法的制备工艺是：将前驱体溶于水或有机溶剂，得到均质溶液，然后通过溶质发生水解生成纳米级的粒子并生成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变成凝胶来制备纳米复合相变材料。林怡辉等［9］用溶液一凝胶法制备了硬脂酸/二氧化硅复合材料，用透射电镜、扫描电镜等测试手段对其研究，结果表

7、明制得的复合材料是三维网状结构，具有良好的蓄热能力。2相变材料的应用新近展在航空航天方面由于光伏转换效率低，很难达到需要的功率，往往需要通过高温热动力学循环的动态太阳能发电系统來解决问题。为了保证空间热动力学的连续工作，复合相变材料通常被太阳能蓄热、聚热系统所采用。将复合相变材料应用于建筑上可以增大轻质结构的热容量，改善房间的热性能，提高坏境的舒适度，使空调系统不用或尽量少用，减少所需要的空气系统设备，节约能源。相变微胶囊应用在服装上加工成具有热调节功能的服装，由于相变温度变化范围与人体温度变化范围相似