相變材料

相變材料航天

由于外太空溫度屬于極寒或極熱環(huán)境，對(duì)宇航員、航天器的保護(hù)要求非常嚴(yán)格，普通材料無法適應(yīng)惡劣條件，因此，需要特殊材料進(jìn)行保護(hù)。美國和前蘇聯(lián)科學(xué)家首先研制出相變材料，使得宇航員的服裝、返回艙外殼等得以應(yīng)用。該技術(shù)一直處于壟斷地位。我國進(jìn)入21世紀(jì)以來，經(jīng)過科學(xué)家的不斷努力，已經(jīng)克服了關(guān)鍵技術(shù)部分，開始進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用。

相變材料建筑

相變材料引用到建筑，是建筑領(lǐng)域革命性發(fā)展。主要作用結(jié)果是節(jié)能。

相變材料服裝

在服裝領(lǐng)域，使用相變材料，將相變材料植入纖維中，可以極大的改變?nèi)藗兊纳钯|(zhì)量，不使用任何能源，可以讓普通衣服變成微空調(diào)。

相變材料制冷設(shè)備

傳統(tǒng)制冷設(shè)備，如空調(diào)、冷藏車、冷庫，均是采取壓縮機(jī)制冷技術(shù)進(jìn)行制冷，不僅耗電，而且不環(huán)保。采用相變技術(shù)，可以替代壓縮機(jī)進(jìn)行制冷，節(jié)能60%以上。

相變材料軍事

一旦裝備部隊(duì)，將是相變材料一重大貢獻(xiàn)。軍車、軍人服裝、艦船、飛機(jī)、坦克、潛艇等軍事各個(gè)方面，均是相變材料運(yùn)用的重要領(lǐng)域，可以極大的提高戰(zhàn)斗力和防護(hù)持久能力。

相變材料通訊、電力

在通訊、電力等設(shè)備箱（間）降溫方面，相變材料可以節(jié)省設(shè)備成本75%以上。在通訊領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通訊基站的機(jī)房、電池組間，使傳統(tǒng)的一年壽命的設(shè)備可以延長到4年或更多。

相變材料應(yīng)具備的特點(diǎn)

用于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相變建筑材料的研制，選擇合適的相變材料至關(guān)重要，應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）熔化潛熱高，使其在相變中能貯藏或放出較多的熱量；（2）相變過程可逆性好、膨脹收縮性小、過冷或過熱現(xiàn)象少；（3）有合適的相變溫度，能滿足需要控制的特定溫度；（4）導(dǎo)熱系數(shù)大，密度大，比熱容大；（5）相變材料無毒，無腐蝕性，成本低，制造方便。

在實(shí)際研制過程中，要找到滿足這些理想條件的相變材料非常困難。因此，人們往往先考慮有合適的相變溫度和有較大相變潛熱的相變材料，而后再考慮各種影響研究和應(yīng)用的綜合性因素。

相變材料存在問題研究

現(xiàn)存的問題主要在相變儲(chǔ)能建筑材料耐久性以及經(jīng)濟(jì)性方面。

耐久性主要表現(xiàn)三個(gè)方面：

相變材料在循環(huán)過程中熱物理性質(zhì)的退化問題；相變材料易從基體的泄漏問題；相變材料對(duì)基體材料的作用問題。

經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)：

如果要最大化解決上述問題，將導(dǎo)致單位熱能儲(chǔ)存費(fèi)用的上升，必將失去與其他儲(chǔ)熱法或普通建材競爭的優(yōu)勢。相變儲(chǔ)能建筑材料經(jīng)過20多年的發(fā)展，其智能化功能性的特點(diǎn)勿容置疑。隨著人們對(duì)建筑節(jié)能的日益重視，環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步增強(qiáng)，相變儲(chǔ)能建筑材料必將在今后的建材領(lǐng)域大有用武之地，也會(huì)逐漸被人們所認(rèn)知，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

相變材料代表人物

徐祖耀院士，在馬氏體相變、貝氏體相變、形狀記憶材料及材料熱力學(xué)諸領(lǐng)域研究獲豐碩成果。揭示了無擴(kuò)散的馬氏體相變中存在間隙原子的擴(kuò)散，由此重新定義了馬氏體相變、修正了經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方程；成功地由熱力學(xué)計(jì)算鐵基。

1995年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。 2100433B

相變材料概述

相變材料可分為有機(jī)（Organic）和無機(jī)(Inorganic) 相變材料。亦可分為水合鹽（Hydrated Salts）相變材料和蠟質(zhì)(Paraffin Wax)相變材料。

我們最常見的相變材料非水莫屬了，當(dāng)溫度低至0°C 時(shí)，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)（結(jié)冰）。當(dāng)溫度高于0°C時(shí)水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（溶解）。在結(jié)冰過程中吸入并儲(chǔ)存了大量的冷能量，而在溶解過程中吸收大量的熱能量。冰的數(shù)量（體積）越大，溶解過程需要的時(shí)間越長。這是相變材料的一個(gè)最典型的例子。

相變材料應(yīng)用于電采暖行業(yè)，是傳統(tǒng)電采暖邁向節(jié)能電采暖的革命性轉(zhuǎn)變，相變熱電暖器就是其中代表產(chǎn)品，相對(duì)傳統(tǒng)電暖器可節(jié)能60%-70%。

從以上的例子可看出，相變材料實(shí)際上可作為能量存儲(chǔ)器。這種特性在節(jié)能，溫度控制等領(lǐng)域有著極大的意義。因此，相變材料及其應(yīng)用成為廣泛的研究課題。

有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料的最大區(qū)別在于運(yùn)用到建筑材料等方面耐久性和防火性的差異，后者多優(yōu)于前者。

相變材料蓄熱機(jī)理與特點(diǎn)

相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。以固－液相變?yōu)槔?，在加熱到熔化溫度時(shí)，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲(chǔ)存大量的潛熱；當(dāng)相變材料冷卻時(shí)，儲(chǔ)存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去，進(jìn)行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲(chǔ)存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大。

相變材料的分類相變材料主要包括無機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無機(jī)類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機(jī)類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機(jī)物；復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)運(yùn)而生，它既能有效克服單一的無機(jī)物或有機(jī)物相變儲(chǔ)熱材料存在的缺點(diǎn)，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果以及拓展其應(yīng)用范圍。因此，研制復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料已成為儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。但是混合相變材料也可能會(huì)帶來相變潛熱下降，或在長期的相變過程中容易變性等缺點(diǎn)。

相變材料什么是相變

物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過程。物質(zhì)系統(tǒng)中物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同，與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。與固、液、氣三態(tài)對(duì)應(yīng)，物質(zhì)有固相、液相、氣相。

一級(jí)相變

在發(fā)生相變時(shí)，有體積的變化同時(shí)有熱量的吸收或釋放，這類相變即稱為“一級(jí)相變”。例如，在1個(gè)大氣壓0℃的情況下，1千克質(zhì)量的冰轉(zhuǎn)變成同溫度的水，要吸收79.6千卡的熱量，與此同時(shí)體積亦收縮。所以，冰與水之間的轉(zhuǎn)換屬一級(jí)相變。

二級(jí)相變

在發(fā)生相變時(shí)，體積不變化的情況下，也不伴隨熱量的吸收和釋放，只是熱容量、熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)等的物理量發(fā)生變化，這一類變化稱為二級(jí)相變。正常液態(tài)氦（氦Ⅰ）與超流氦（氦Ⅱ）之間的轉(zhuǎn)變，正常導(dǎo)體與超導(dǎo)體之間的轉(zhuǎn)變，順磁體與鐵磁體之間的轉(zhuǎn)變，合金的有序態(tài)與無序態(tài)之間的轉(zhuǎn)變等都是典型的二級(jí)相變的例子。

相變材料簡述

相變儲(chǔ)能建筑材料兼?zhèn)淦胀ńú暮拖嘧儾牧蟽烧叩膬?yōu)點(diǎn)，能夠吸收和釋放適量的熱能；能夠和其他傳統(tǒng)建筑材料同時(shí)使用；不需要特殊的知識(shí)和技能來安裝使用蓄熱建筑材料；能夠用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)；在經(jīng)濟(jì)效益上具有競爭性。

相變儲(chǔ)能建筑材料應(yīng)用于建材的研究始于1982年，由美國能源部太陽能公司發(fā)起。20世紀(jì)90年代以PCM處理建筑材料(如石膏板、墻板與混凝土構(gòu)件等)的技術(shù)發(fā)展起來了。隨后，PCM在混凝土試塊、石膏墻板等建筑材料中的研究和應(yīng)用一直方興未艾。1999年，國外又研制成功一種新型建筑材料－固液共晶相變材料，在墻板或輕型混凝土預(yù)制板中澆注這種相變材料，可以保持室內(nèi)溫度適宜。另歐美有多家公司利用PCM生產(chǎn)銷售室外通訊接線設(shè)備和電力變壓設(shè)備的專用小屋，可在冬夏天均保持在適宜的工作溫度。此外，含有PCM的瀝青地面或水泥路面，可以防止道路、橋梁、飛機(jī)跑道等在冬季深夜結(jié)冰。

相變材料復(fù)合工藝

PCM與建材基體的結(jié)合工藝，主要有以下幾種方法：（1）將PCM密封在合適的容器內(nèi)。（2）將PCM密封后置入建筑材料中。（3）通過浸泡將PCM滲入多孔的建材基體(如石膏墻板、水泥混凝土試塊等)。（4）將PCM直接與建筑材料混合。（5）將有機(jī)PCM乳化后添加到建筑材料中。國內(nèi)建筑節(jié)能某知名企業(yè)成功地將不同標(biāo)號(hào)的石蠟乳化，然后按一定比例與相變特種膠粉、水、聚苯顆粒輕骨料混合，配制成兼具蓄熱和保溫的可用于建筑墻體內(nèi)外層的相變蓄熱漿料。試驗(yàn)樓的測試工作正在進(jìn)行中。同時(shí)在開發(fā)的還有相變砂漿、相變膩?zhàn)拥犬a(chǎn)品。

相變材料在建筑中的應(yīng)用

現(xiàn)代建筑向高層發(fā)展，要求所用圍護(hù)結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)材料。但普通輕質(zhì)材料熱容較小，導(dǎo)致室內(nèi)溫度波動(dòng)較大。這不僅造成室內(nèi)熱環(huán)境不舒適，而且還增加空調(diào)負(fù)荷，導(dǎo)致建筑能耗上升。采用的相變材料的潛熱達(dá)到170J/g甚至更高，而普通建材在溫度變化1℃時(shí)儲(chǔ)存同等熱量將需要190倍相變材料的質(zhì)量。因此，復(fù)合相變建材具有普通建材無法比擬的熱容，對(duì)于房間內(nèi)的氣溫穩(wěn)定及空調(diào)系統(tǒng)工況的平穩(wěn)是非常有利的。

這種復(fù)合的產(chǎn)品的缺點(diǎn)是，強(qiáng)度不夠。

相變材料納米線是采用物理蒸發(fā)技術(shù)或納米加工技術(shù)制備出的線狀相變材料。作為存儲(chǔ)材料具有存儲(chǔ)單元尺寸小、功耗低、速度快等優(yōu)點(diǎn)，可望用于高密度、高速、大容量相變存儲(chǔ)器。

導(dǎo)熱相變化材料是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。相變化材料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為相變過程，這時(shí)相變材料將吸收或釋放大量的潛熱 。

一種節(jié)能控溫相變材料

查看詳細(xì)信息導(dǎo)出

本發(fā)明涉及一種節(jié)能控溫相變材料。其特征在于它由以下重量百分比的組分構(gòu)成：50-90%的相變主劑、1-40%的熔點(diǎn)控制劑、0.1-10%的成核劑、0.5-15%的晶形調(diào)節(jié)劑、余量水。結(jié)晶水合鹽相變材料有......