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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文献综述相变存储器材料研究1相变存储器介绍相变存储器是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。相变存储器有高读写速度、寿命长，存储稳定,、工艺简单，潜力大，所以相变存储器被认为最有可能取代当今主流存储器而成为未来存储器的主流产品。2相变存储器原理及设备相变存储器利用电能使相变材料在晶态与非晶态之间相互转换，实现信息的读取、写入和擦除，工作原理是将数据的写入和读取分为3个过程分别是“设置”、“重置”和“读取”。“Set”过程就是施加一个宽而低的脉冲电流于相变材料
2、上,使其温度升高到晶化温度Tx以上、熔点温度Tm以下，相变材料形核并结晶，此时相变材料的电阻较低，代表数据“1”。“Reset”过程就是施加一个窄而强的脉冲电流于相变材料上，使其温度升高到熔点温度Tm以上，随后经过一个快速冷却的淬火过程,相变材料从晶态转变成为非晶态，此时相变材料的电阻很高，代表数据“0”。“Read”过程则是在器件2端施加低电压，如果存储的数据是“0”，那么器件的电阻较高，因而产生的电流较小，所以系统检测到较小的电流回馈时就判断是数据“0”；如果存储的数据是“1”，那么器件的电阻较低，因而产生的电流较大，所以系统检测到较大的电流回馈时就判断是数据“1”。图1是相变存储器的工作
3、原理。图1相变存储器的工作原理3GST材料相变机理作为相变存储器的存储介质,相变材料性能的优劣直接关系到器件性能。相变存储器中最为核心的是以硫系化合物为基础的相变材料。其中Ge2Sb2Te5(GST)相变材料是到目前为止使用和研究最广泛的相变材料,并已经实现了产品应用。虽然工业界已经将GST作为相变存储器的存储介质实现了产品和应用,但是对于GST为何在纳秒甚至皮秒量级的时间内实现非晶态和晶态的可逆相变仍然未有统一的结论。主要原因是非晶态GST中原子排列是无序的,传统晶体学的理论和结构研究方法已不适用,因而对GST的非晶态很难获得一个清晰的认识,更不能得到可逆相变过程中微观结构的变化。为了揭示G
4、ST等相变材料的相变机理,近年来世界各地的科学家结合先进的高分辨电子显微分析表征手段和理论模拟计算进行了大量深入的研究,提出了一系列相变机理及理论模型,其中著名的理论有Ge原子伞状跳跃理论、多元环理论、共振键理论等。(1)Ge原子伞状跳跃理论。原子伞状跳跃理论是Kolobov等人通过对GST材料的扩展X射线吸收精细结构谱的实验结果进行分析总结出来的,是相对较早的一种针对GST材料快速相变机理的解释。通过对EXAFS实验结果的研究,发现在GST晶体结构中,Ge原子处于以Te原子构成的八面体的中心位置,其与Te原子相连接的6个键分为3个强键和3个弱键,在非晶化过程中,弱键更容易被打断,同时在强键的
5、拉动作用下,Ge原子进入以Te原子构成的四面体中心位置。Ge原子伞状跳跃理论认为GST材料的无序化过程不需要经历熔化-淬火过程,只是通过Ge原子在八面体结构和四面体结构间的来回跳跃,就可以实现,非晶化和晶化的可逆相变过程,原子伞状跳跃理论较好地解释了GST材料的快速相变和低功耗特性。(2)共振键理论。Lencer等人、Anbarasu等人和Shportko等人为了解释相变材料在相变前后的巨大差异,提出了一种共振键理论。他们通过测量非相变材料AgInTe2和相变材料Ge1Sb2Te4的红外反射谱,发现非相变材料AgInTe2在结晶前后的红外反射谱几乎相同,而晶态Ge1Sb2Te4的红外反射谱在反
6、射强度、极值以及极值间隔等都比非晶态的小。在测量介电常数后发现相变材料结晶后光学介电常数降低了50%70%,表明相变材料在结晶前后原子极化形式发生了很大变化。这种差异是由于非晶态和晶态相变材料中原子的不同成键形式导致的,非晶态中各原子以共价键的形式结合,电子局域化程度高,结合力强；晶态中各原子以共振键的形式结合,单一、半满的p轨道电子同时在左右两侧形成两个不饱和共振键。正是由于相变材料在非晶态和晶态时成键形式的不同,使相变材料在相变前后的介电常数变化很大,从而导致其在相变前后性能发生巨大变化。(3)多元环理论。原子伞状跳跃理论是基于X射线精细结构谱的实验结果得到的,从微观上阐明GST材料在相变
7、过程中不发生大规模的原子迁移,只发生部分原子的局部移动。XX年,Kohara等人结合逆蒙特卡洛分析和高能同步辐射X射线衍射实验结果在更大尺度上提出了多元环理论。非晶态GST材料中存在许多偶元环,在结晶过程中,通过原子的小范围调整,含较多原子的偶元环(8元环、10元环)通过原子成键变成4元环和6元环,形成晶态GST。但是对于GeTe材料,由于GeGe同质键的存在,其非晶态中除了偶元环外还有很多奇元环。GeTe晶态主要由4元环构成,没有空位,GeTe的结晶过程除了原子位置的调整,还需要大量的断键过程。多元环理论很好地解释了GST在快速相变过程中空位所起的作用以及GeTe比GST相变速度慢的原因。(
8、4)Sun等人在GST相变机理的研究方面也做了大量工作,他们通过理论计算认为亚稳态GST由具有岩盐对称的重复单元构成,立方结构对称性导致空位高度有序且呈层状排列,快速相变的原因是由于非晶以及亚稳相局域结构具有相似性.此外由于2,3配位的Te原子的聚集导致了在熔融以及非晶GST中Te原子周围存在较多的孔洞,孔洞和Te原子在快速可逆相变过程中起重要作用。参考文献1汪昌州.基于相变存储器的相变存储材料的研究进展J.材料导报,XX,23(8):96-102.2吴良才.相变存储器材料研究J.中国科学,XX,(10):126-134.3尹琦璕.相变存储器材料的研究进展和应用前景J.新材料产业,XX,(10
9、):56-62.4刘金垒.新型非易失相变存储器PCM应用研究J.计算机研究与发展,XX,49:126-134.5AnbarasuM.UnderstandingthestructureandpropertiesofphasechangematerialsfordatastorageapplicationsJ.IndianInstSci,XX,91:259-274.6KolobovAV,FonsP,FrenkelAI,etal.Understandingthephase-changemechanismofrewritableopticalmediaJNatMater,XX,3:703-708.综述
10、定形相变材料的制备与性能表征方法摘要：综述定形相变材料目前的主要制备手段和性能检测方法，分析各种方法的优缺点。定形相变材料的制备和检测方法多样化，尚未形成统一标准。对定形相变材料的性能检测主要偏重于热性能和结构性能，而力学性能表征手段则比较欠缺。关键词：定形相变材料，制备方法，性能表征，热性能，结构性能引言随着全球能源形势的日益紧张，节能与环保受到世界各国越来越多的重视。潜热蓄热技术利用物质的相变来实现能量的转移，在能源的有效利用和全球气候环境的保护方面发挥了重要的作用随着更多领域对蓄热技术的依赖，相变蓄热材料在节能，工程保温材料，航空航天器材，贮能炊具等方面都将展示出广阔的应用前景。人们的节
11、能和环保意识的增强，相变材料日益受到关注。相变蓄热材料的研究与推广可以减少能耗，达到节能的目的。相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换，从而达到控制环境温度和利用能量目的的材料。理想的相变储能材料应符合三个方面的要求：热力学条件、化学条件和经济条件。热力学条件：热导率高，热量可以方便地存入和取出；性能稳定，可反复使用而不发生熔析和副反应；材料各状态(冷、热或固、液)的密度大，从而能量密度大；体积稳定。对显热储存材料要求热容大；对潜热储存材料要求相变焓大，相变时体积变化小。化学条件：对化学反应热储存材料来说化学反应热效应大，化学腐蚀性小。经济条件：原料来源广泛，就地取材，
12、价格便宜等。随着研究的不断进行，对定形相变材料的制备和性能表征方法也在不断完善。1定性相变材料近年来，基于过去对相变材料研究不足之处，通过将各类蓄热材料与合适的基体材料复合，制备出了一种定型相变材料。定型相变材料由相变蓄热介质和支撑材料组成，该材料在相变前后均能维持原来的形状，不发生宏观的流动现象，对容器的要求很低，能明显降低储热系统的成本。某些性能优异的定型相变材料能与传热介质直接接触，从而大幅提高传热效率1，在对太阳能高效利用和建筑节能效果方面取得了很大进步。定型相变材料的制备方法浸泡法石膏、水泥、混凝土等建筑材料内含大量微孔，常作为定形相变材料的载体材料。以多孔建材为基体制备FSPCM的
13、方法有浸泡法和混合法两种。浸泡法是将由多孔材料制成的一定形状的物体浸泡在液态相变材料中，通过毛细管吸附作用制得储能复合材料。混合法是将载体材料原料与相变材料先混合，再加工成一定形状的制品。Lee等2用浸泡法制备了含PCM的水泥砌块。所用PCM分别是硬脂酸丁酯(Bs)和石蜡。采用的水泥砌块有两种，一种是普通水泥砌块，一种是高压水泥砌块。Hadjieva等3用浸泡法将五水硫代硫酸钠复合到高压多孔混凝土中，改善了其热循环稳定性。同济大学4提出了一种建筑用相变储能复合材料的制备方法，它以石膏、水泥等气硬性或水硬性胶凝材料为载体，先采用真空浸渗法吸附一定量的石蜡或BS等有机PCM，制成相变储能材料，再与
14、建筑材料复合制取相变储能建筑材料。熔融共混法利用工作物质和载体基质的相容性，熔融后混合在一起制成成分均匀的储能材料。该法适于制备工业和建筑用低温定形相变材料。聚合物FSPCM一般是用熔融共混法制备的。Ahmet5制备了两种HDPE/蜡复合材料。相变温度分别为和，相变潜热为14/g和/g，蜡的含量可达77%。Cai6等在HDPE/蜡体系中添加自制的有机化高岭土(OMT)和膨胀阻燃剂(IFR)，用南京科亚集团的TE-35型双螺杆挤出机制备出4种FSPCM，挤出机的温度设定在120170，转速为450rmin.熔融共混法制备的定形相变材料，其主要成分都足有机物，热导率小、阻燃性差，硬度、强度等也相对
15、较低，不能独立作为建筑围护结构材料使用但可将其做成储能模块用于地板辐射采暖系统或者墙体夹层，或者将其粉碎成小颗粒，混在石膏、水泥、混凝土等普通建筑材料中构成储能墙体材料7。微胶囊法微胶囊是一种具有囊心的微小“容器”微，胶囊的直径通常在lm以下8。由于微胶囊的缓释性和靶向性等性能均优于微胶囊，已用于医药领域。微胶囊的粒径小，比表面积大，可以和高聚物材料较好的复合，近年来微胶囊的应用领域在不断的拓宽。相变材料微胶囊除了具有一般微胶囊的优点外，还具有智能调节温度的功能，可用于调温纤维领域。不过，随着粒径的减小，胶囊的过冷现象明显，胶囊的耐热性可能随着粒径的减小而降低，这些都将制约相变材料微胶囊的应用。Sarier等9以脲醛树脂为壁材，用原位聚合技术制备了4种微胶囊，芯材分别为癸烷、癸烷/PEG-600混合物、十六烷和二十烷混合物、PEG-1000与十水碳酸钠及十六烷的混合物。方法是：首先把自制的一种预聚物和一种聚电解质溶液在20条件下与双壁反应器中的l00mL蒸馏水混合，600r/min转速下搅拌10min；然后加入30g尿素、芯材和1%5%的氯化铵，得到了O/W(水包油)体系。没定转速为300r/min、pH值为。连续搅拌4060rain直到聚合反应完成。将产物冷却到25，反复水洗、过滤、真空十燥直到残存的甲醛除净为止，即可得到MCPCM。这种方法
