《相变材料,熔点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相变材料,熔点（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划相变材料,熔点相变材料1、无机相变材料的研发背景随着社会经济的发展，人类对能源的需求日益增加。为此，人们开始寻找绿色可再生能源去取代地球上日趋匮乏的资源，例如太阳能、风能、地热能等。然而，这些能源的间歇性给人类的利用带来极大不便，如何将能源进行很好的储存就显得尤为重要。目前在热能领域，尽管多数采用显热方式进行储能，但其储热量小，放热不恒温、储热装置庞大等缺点已经影响了其进一步的应用。是否能够找到一种储热量大，且吸/放热量时其温度保持不变的材料呢？潜热储能方式的发现恰好解决了显热储能的
2、缺憾。在此，以水为相变材料对显热和潜热进行比较：从图1可以看到，如果利用显热进行332KJ/Kg左右的储能，则水需要从1升高到80；而对于潜热只需要1Kg的冰变为水即可。2、伟大自然能量、神奇无机相变材料在自然界，物质的状态普遍以固态、液态、气态存在，对于物质的每一种状态都可以称作一种“相态”。当物质与外界环境进行热量交换，并达到某一“特殊温度点”时，其物理状态就会从一种相态转变为另一种相态。这种相态的转变就是“相变”，相变时的特殊温度点就是“相变温度”。而能够发生相转变的材料，称之为“相变材料”。在物体从固态到液态这两种相变过程中，所储存或释放的能量也称为“相变潜热”。物理状态发生变化时，材
3、料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。无机相变材料是一种能够利用自然界能量进行能量储存和温度控制的功能性材料。相比于其它能量储存方式，相变蓄热材料具有以下特点：相变材料的单位质量(体积)的蓄热密度大；相变过程保持恒温；化学稳定性好；安全性高。以上这些优点也为相变材料的应用推广起到了潜在的作用。3、无机相变材料的研究进展随着科学技术的快速发展，能源逐渐成为人类赖以生存的基础，但是能源的供应与需求都有较强的时间性，为了提高能源利用效率、保护环境、解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用，电力的“移峰填谷”，废热回收利用以及建筑与空调
4、的节能中，相变蓄热技术已正成为世界范围内研究的热点。国外对于相变材料的研究要追溯到20世纪60年代。当时，美国宇航和太空总署(NASA)为了保护宇宙飞船内的精密仪器和宇航员不受外界剧烈变化的温度的影响，开始重视对相变材料的研究工作。此后，美国空军(USAF)、海军(NAVY)、能源部(DOE)、农业部(DOA)和美国国家基金(NSF)陆续多次资助该方面的研究项目。特别受80年代能源危机的影响，相变储热(LTES)的基础理论和应用技术研究在发达国家(如美国、加拿大、日本、德国等)迅速崛起并得到不断发展。在相变材料的研究上，最初的研究主要集中于单一的固-液相变材料，例如无机和有机相变材料，其中无机
5、相变材料的储热密度大，导热性能好，廉价易得，使其更易推广应用。但是，在相变时产生的液体的泄露也限制了其实际的应用。有机相变材料存在着成本高，导热性能差等缺点，同样也受到了应用限制。目前，对于相变材料的研究主要集中于解决相变材料本身的这些缺陷。为了防止材料泄露以及提高导热速度，各国科学家采取了不同的方法。例如，将相变材料与大分子进行接枝发展成固-固相变材料，由于大分子的熔点高于相变材料，使得其变成液体时也不会发生流动性的泄露。利用高分子聚合技术将相变材料做成微米或者纳米级的胶囊，既提高了导热速度，又防止了泄露。尤其是微胶囊技术，是一个研究热点之一。当前，微胶囊相变材料的研究多数集中在其制备方法、
6、囊芯和囊壁的选择以及成本控制。近年来，对相变贮能的理论和应用研究发展更是非常之快，使其已成为涉及物理化学、材料科学、太阳能、传热学、工程热力学、相图理论、量热技术及热分析等学科领域的新的学科方向。国外已经将相变材料的实际应用推广到许多领域中，例如建筑节能领域、太阳能利用、余热/废热利用、电力调峰、日常生活应用及电子元器件热保护、纺织服装、农业上的应用等。国内的实际应用推广还较少，主要集中于无机相变材料的延伸产品，例如：市场上流行的冰垫，消防用相变材料衣服。有关相变潜热蓄能系统(LHTES)的优化设计和强化传热的研究、附加价值高的产品还有待发展。总之，合理的选择将最终决定相变材料的储能效果和应用
7、前景，在选择和应用相变材料时可将以上标准作为依据，这对相变材料的开发以及相变储能技术的发展是十分有益的。4、无机相变材料的应用方向通信、电力、信息领域传统的设备冷却主要应用空调进行冷却,这就导致大量的电力消耗。如果利用相变材料和冷却设备的相互交替进行冷却或相变空调冷却，大大的节省了电力的消耗。传统的设备一般放在机房内，不论是城市还是野外建设一个机房都会面临占地面积大、耗时、耗材等问题，建好的机房还需要安装制冷备，完成这样的过程是非常不容易的。如果能把设备直放在一个恒温的机柜内这些问题迎刃而解，室外一体机柜即可代传统的机房。高舒适性纺织品领域将微胶囊相变材料与纤维进行混合得到智能纤维相变材料，它
8、可根据外界温度的变化，对人体皮肤表层做出相应的吸热或放热，从而使体表温度波动相对较小，进而提高舒适感、增强抵御恶劣环境的作用。目前，已利用这种技术研制出自调温被褥、自调温服装、自调温窗帘等产品。节能建筑领域微胶囊相变材料可用于室内地板、墙体、天花板，相变材料玻璃等。相变材料通过与室内环境进行热量交换，使室内保持人体感觉较为舒适的温度。救生领域将相变材料填装于设计好的救生舱中并配备一定的食品营养补给，放置于井下煤矿作业的固定地方。当发生意外时，作业人员快速进入相变救生舱，相变材料可提供一个舒适环境的作用，配备的食品延长了逃生人员的存活几率。同时，救生舱的固定位置也给营救节省了搜救时间，更有利营救
9、的开展。用于冷却循环液将微胶囊添加到冷却循环液中，悬浮的冷却液极大的提高了热传递能力和热储存能力。实验证明，含有微胶囊的冷却液其传热能力是单纯水的3倍多。废热回收高温相变相变材料，可将工业上产生的大量废热予以储存，然后将其转移到生活、工作、生产等需要热量的领域，例如生活供暖，生活用热水等。农业领域将含水的相变材料胶囊与种子一起埋入土壤，以保证种子能够在沙漠等环境恶劣地区发芽生长。同时也可用于温室大棚，相变材料的吸热和放热功能，可以使白天和夜晚的棚内温度保持相对恒定，更好的促进农作物生长。有机相变材料关键词：相变；PCMS；有机相变材料摘要：有机相变材料是一种相变时吸热放热很高的材料，被广泛的应
10、用到储能、建筑等领域，本文介绍了相变材料的分类性能，并就下一步的研究提出了自己的看法。相变材料(PhaseChangeMaterials，简称PCMs)是指在一定的温度范围内可改变物理状态的材料，以环境与体系的温度差为推动力，实现储、放热功能，并且在相变过程中，材料的温度几乎保持不变。它因具有储能密度大、储能能力强、温度恒定等优点，在智能调温服装、建筑及电子器件等应用领域得到了广泛关注。PCMs按组成可分为：有机PCMs、无机PCMs和复合PCMs。按材料的相变方式可分为：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。后两者由于在相变过程中伴随有气体产生，体积变化较大，很少被
11、选用。无机相变材料储能密度大，相变时体积变化小，格低廉，主要包括碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、醋酸盐及碳酸盐等盐类的水合物。但这类材料在相变过程中容易出现过冷、相分离现象，需要添加防过冷剂和防相分离剂增强其稳定性，延长使用寿命。例如，在CaC126H2O中加入NaC1和过量的水能使CaC126H2O保持较好的稳定性，经过1000次加热冷却循环相变潜热不退化。与无机相变材料相比，有机相变材料具有无过冷及析出现象，性能稳定，可通过不同相变材料的混合来调节相变温度的突出优点。但通常存在着导热系数小，密度小，单位体积储热能力差的缺点。典型的有机类相变材料有：石蜡、脂肪酸类、多元醇类相变
12、材料等。复合相变储能材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或低共熔体系，形状稳定的固液相变材料，无机有机复合相变材料等。复合相变材料一般有两种形式：一种是两种相变材料混合；另一种是定型相变材料。两种相变材料混合虽制造简单，但具有一般相变材料的缺点，需要封装，容易发生泄漏，使用不安全等。定性相变材料是由相变材料和高分子组成的混合储能材料，相变材料一般为石蜡有机酸等，高分子材料一般为HDPE(高密度聚乙烯，具有较高的熔点，作为支撑物)，后者作为支撑和密封材料将相变材料包容在其组成的一个个微空间中，因此在相变材料发生相变时，定性相变材料能保持一定的形状，且不会有相变材料发生泄漏。与普通相
13、变材料相比，它不需封装器具，减少了封装成本和封装难度，避免了材料泄漏的危险，增加了材料使用的安全性，减少了容器的传热热阻，有利于相变材料与传热流体间的换热。有机PCMs按材料的相变方式可分为：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。后两者由于在相变过程中伴随有气体产生，体积变化较大，很少被选用。1有机固-液相变储能材料有机固-液相变储能材料主要包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类和聚烯醇类等，其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，相变潜热大，缺点是易泄露。目前应用较多的主要是脂肪烃类与聚多元醇类化合物。AhmetSar?等6合成了硬脂酸-正丁醇酯、硬脂酸-异丙醇酯、硬脂酸-
14、丙三醇三酯作为固-液相变储能材料。从图1可以看出，合成的相变储能材料的熔化和凝固温度都在2363和2464之间。相应的相变焓都在121149kJ/kg和128151kJ/kg之间，且热循环后变化不大，说明合成的相变材料储热能力大，热稳定性好，但是达到相变温度时易泄露，需要容器封装。2有机固-固相变储能材料有机固-固相变储能材料是通过材料晶型的转换来储能与释能，在其相变过程中具有体积变化小、无泄漏、无腐蚀和使用寿命长等优点，目前已经开发出的具有经济潜力的固-固相变材料主要有3类：多元醇类、高分子类和层状钙钛矿。多元醇类多元醇类相变材料的储能原理是当温度达到相变温度时，其结构由层状体心结构变为各向
15、同性的面心结构，同时层与层之间的氢键断裂，分子发生由结晶态变为无定形态的相转变，释放键能。多元醇的固-固相变焓较大，其大小与该多元醇每一分子中所含的羟基数目有关，每一分子所含羟基数越多，则固-固相变焓越大。它的优点是相变焓大、性能稳定、使用寿命长；缺点是当它们的温度达到固-固相变温度以上，会由晶态固体变成有很大的蒸气压塑性的晶体，易损失。此类相变材料主要有季戊四醇(PE)、三羟甲基乙烷(PG)、新戊二醇(NPG)、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(AMP)、三羟甲基氨基甲烷(TAM)等。高分子类有机高分子固-固相变材料为结晶聚合物，主要包括嵌段、接枝和交联类聚合物。嵌段类Su等用聚乙二醇1000、1,4-丁二醇、4,4-二苯基亚甲基二异氰酸酯合成了聚亚氨酯嵌段共聚物PUPCM，它的相变焓为kJ/kg。从图2中其偏光显微图片可以看出室温下PEG和PUPCM得结晶形态都是球状，且PUPCM的球粒粒径远远小于PEG，说明在PUPCM中，软段PEG的结晶受到硬段的限制，PEG的结晶被破坏；当温度上升到70时，PUPCM的球粒结构被完全破坏，说明软段PEG从结晶态转变成了无定形态。因此，PUPCM是一种热稳定性好、相转变温度适中、相变焓高的新型固-固相变储能材料。接枝类Meng等利用异
