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导读：相变材料的种类，摘要：相变储能材料对于能源的开发与应用具有重要意义，综述了相变储能材料的分类、相变特性、并展望其今后的发展方向，关键字：无机相变材料，有机相变材料，相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质，相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热，相变材料可分为有机和无机相变材料，亦可分为水合相变材料和蜡质相变材料，相变材料具有在一
相变材料的种类
摘要：相变储能材料对于能源的开发与应用具有重要意义。综述了相变储能材料的分类、相变特性、并展望其今后的发展方向。
关键字：无机相变材料；有机相变材料；储能；进展；
相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料可分为有机和无机相变材料。亦可分为水合相变材料和蜡质相变材料。相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。根据相变的方式不同，又可分为固―固相变,固液相变, 固气相变,液气相变.由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体存在，使材料体积变化较大，因此尽管它们有很大的相变热，但实际应用较少。根据使用的温度不同又可分为低温，中温，高温三种。
无机相变材料
固 -液相变材料是指在温度高于相变点时 ,物固相变为液相吸收热量 ,当温度下降时物相又由液相变为固相放出热量的一类相变材料。目前 , 固 -液无机盐高温相变材料主要为高温熔融盐、部分碱、混合盐。高温熔融盐主要有氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐等。它们具有较高的相变温度 ,从几百摄氏度至几千摄氏度 ,因而相变潜热较大。固 -固相变储能材料是利用材料的状态改变来储、放热的材料。目前 ,此类无机盐高温相变储能材料已研究过的有NH4SCN,KHF2等物质。KHF2的熔化温度为 196 ℃,熔化热为 142 kJ/NH4SCN从室温加热到 150 ℃发生相变时 ,没有液相生成 ,相转变焓较高 ,相转变温度范围宽 ,过冷程度轻 ,稳定性好 ,不腐蚀 ,是一种很有发展前途的储能材料。
无机盐高温相变复合储能材料近年来 ,高温复合相变储能材料应运而生 ,其既能有效克服单一的无机物或有机物相变储能材料存在的缺点 ,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此 ,研制高温复合相变储能材料已成为储能材料领域的热点研究课题之一。目前,已研究的无机盐高温复合相变材料
主要有 3类:金属基 /无机盐相变复合材料、无机盐 /陶瓷基相变复合材料和多孔石墨基 /无机盐相变复合材料。
1 金属基 /无机盐相变复合材料:
金属基主要包括铝基 泡沫铝 和镍基等 ,相变储能材料主要包括各类熔融盐和碱。例如 ,将相变储能材料 固体粉末状 放在真空电炉中加热 ,加热到一定温度后,当相变材料由固态熔解成液态时 ,称量一定质量的金属基体 Ni加入熔融盐中进行复合 ,复合一定时间后从真空电炉中取出 ,成品在真空中冷却 ,然后进行干燥、保存等处理。昆明理工大学祁先进 成功制得了各类镍基复合储能材料。
2 无机盐 /陶瓷基相变复合材料:
无机盐 /陶瓷基复合储能材料的概念是 20世纪 80年代末提出的 ,己经成为高温储能材料的研究方向之一。它是由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料无机复合而成 ,由于毛细管张力作用 ,无机盐熔化后保留在基体内不流出来;使用过程中可以同时利用陶瓷基材料的显热又利用无机盐的相变潜热 ,而且其使用温度随复合的无机盐种类不同而变化 ,范围为 450～1 100 ℃。
目前己研究的无机盐 /陶瓷基复合储能材料主要有:
1 Na2CO3- BaCO3/MgO, NaSO4/SiO2和NaNO3-NaNO2 / MgO3种。其中NaSO4/SiO2 的 相 变 潜 热 和 比 热 容 均 高 于Na2CO3-BaCO3 /MgO
-NaNO2 /MgO,且其相变温度高出更多 ,这些都使NaSO4/SiO2 的使用NaN3O
范围更加广阔。
3 多孔石墨基 /无机盐相变复合材料:
此类物质是利用天然矿物本身具有孔洞结构的特点 ,经过特殊的工艺处理与相变材料复合。如膨胀石墨层间可以浸渍或挤压熔融盐等相变材料。
有机相变材料
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。
用硬脂酸-正丁醇酯、硬脂酸-异丙醇酯、硬脂酸-丙三醇三酯合成的固-液相变储能材料。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。
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。
2.1 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。
2.2 高分子类
有机高分子固-固相变材料为结晶聚合物，主要括嵌段、接枝和交联类聚合物。
用聚乙二醇 -丁二醇、4,4′-二苯亚甲基二异氰酸酯合成的聚亚氨酯嵌段共聚PUPCM，它的相变焓为138.7 kJ/kg。PUPCM 是一种热稳定性好、相转变度适中、相变焓高的新型固-固相变储能材料。
用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和1,4-丁二醇(BDO)的本体聚合产物作硬段，聚乙二醇(PEG3400)做软段，合成的一种嵌段型的固-固相变储能材料PEGPU，热循环对其影响不大，是一类很实用的固-固相变材料。
用聚乙二醇(PEG)、4,4′-二苯基亚甲基二异氰酸酯(MDI)、季戊四醇(PE)合
成的一种交联型高分子相变储能材料 PEG/MDI/PE，PEG/MDI/PE 的相变温度为58.68 ℃，相变焓高达152.97kJ/kg，且加热到150 ℃时任能保持固态，因此它有很好的实用性。
层状钙钛矿
层状钙钛矿是一种有机金属化合物-四氯合金属(Ⅱ)酸正烷胺，它被称为层状钙钛矿是因为其晶体结构是层型的，和矿物钙钛矿的结构相似,此类相变材料相变热在10~80 kJ/kg之间，储热率较低。
有机复合相变储能材料
有机复合相变储能材料是指由相变材料与载体物质相结合形成的可保持固态形状的相变材料。这类相变材料的主要成分有 2 种，工作介质（相变材料）和载体物质，其作用是保持相变材料的不流动性和可加工性
复合相变材料克服了普通有机相变材料易泄露、导热率低等缺点。主要包括导热增强型复合相变材料、共混型复合相变材料、微胶囊型复合相变材料、纳米复合型复合相变材料4类。
3.1 导热增强型复合相变材料
将石蜡吸附在具有多孔结构的膨胀石墨内，构成石蜡/石墨复合相变储热材料。石蜡的相变焓为188.69 kJ/kg，复合材料（石蜡占85.56%）为161.45 kJ/kg。传热实验表明：温度从28.5 ℃升高到65 ℃，石蜡需要1 040 s，复合材料仅需要760 s；温度从65 ℃降到29 ℃，石蜡需要500 s，复合材料仅需 240 s。复合材料的储能和放热时间分别减少了27.4%和56.4%，大大提高了导热率。
共混型复合相变材料
将相变材料与高分子材料按一定比例在热炼机上进行加热共混，就得到共混型复合相变材料。用石蜡和聚乙烯醇共混，得到的控温性能很好的相变储能纤维材料。用十八酸(SA)、十六酸(PA)、十四酸(MA)、十二酸(LA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 共混起来，得到的共混型相变储能材料，当脂肪酸质量分数达到80%时，4个相变材料的相变焓都在150 kJ/kg以上，相变温度都很低，在40~70 ℃之间，说明它们是很好的中低温相变储能材料。
微胶囊型复合相变材料
用加入间苯二酚改善特性的尿素和甲醛的聚合物做封装材料，十四烷做储能
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相关内容搜索相变保温材料的分类方法很多，在建筑工程中常用的分类方法主要有以下几种。
1．按材料化学成分不同分类
& &按材料化学成分不同分类，相变材料可分为无机相变材料、有机相变材料与混合相变材料三大类。无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等无机物；有机相变材料主要包括石蜡、羧酸、多元醇等有机物；混合相变材料主要是有机和无机共熔相变材料的混合物。
2．按材料相变形式不同分类
按材料相变形式不同分类，相变材料可分为固-固相变、固-液相变、固-气相变和液-气相变材料四大类。固-固相变储热材料并不是发生了相态的变化，而是相变材料的晶型发生了变化，当然在晶型变化的过程中也有热量的吸收和放出。本文由新型无网保温系统银通YT无机活性墙体隔热保温系统提供。
固-固相变材料主要包括高密度聚乙烯、多元醇以及具有&层状钙钛矿&&晶体结构的金属有机化合物。固-液相变材料主要包括结晶水合盐、石蜡等。由于气体材料不易封装，占体积很大，并且容易流失，所以在实际应用中以固-固相变和固-液相变材料最实用。
3．按储热温度范围不同分类
按储热温度范围不同分类，相变材料可分为高温、中温和低温相变材料三大类。高温相变材料主要是指一些熔融盐和金属合金材料；中温相变材料主要是指一些结晶水合盐、有机物和高分子材料；低温相变材料主要是指冰、水凝胶等材料。
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武汉大学化学与分子科学学院
2010级化类一班
摘要：介绍Na2SO4?10H20用作相变材料的储能特性，综述了针对Na2SO4?10H20过冷和
相分离现象的解决方法以及Na2S04?lOH20某些共晶盐的研究。
关键词：相变材料、十水硫酸钠、共晶盐、过冷相分离
引言：Na2S04?10H20是一种典型的无机水合盐相变储能材料。它属于低温储热材料，有
较高的潜热(254kJ／kg)和良好的导热性能、化学稳定性好、无毒、价格低廉，是许多化工产品的副产品，来源广，因合适的相变温度，能用于贮存太阳能、各种工业和生活废热，与其它无机盐(如NaCI)形成的低共熔盐的相变温度可控制在20～30&C范围内。因此Na2S04?10H20以其优越的性能，成为很具吸引力的储热材料。
实验原理：
1.Na2S04?10H20的相变储热循环过程为：Na2S04?10H20(S)+饱和溶液=Na2SO4?10H2O（l）
2.过冷：即液相的水溶液温度降低到其凝固点以下仍不发生凝固。这样就使释热温度发生变
动。在其储热后由结晶态变为液态时，因过冷不结晶就不能释放出所储存的潜热，而且由于过冷，液体随温度降低粘度不断增加，阻碍了分子进行定向排列运动，从而使其在过冷程度很大时形成非晶态物质，相应减小相变潜热。
3.相分离：即指结晶水合盐在使用过程中的析出现象。当(AB?mH20)型无机盐水合物受热时，
通常会转变成含有较少摩尔水的另一类型AB?pH20的无机水合盐，而AB?pH20
会部分或全部溶解于剩余的水中。加热过程中，一些盐水混合物逐渐地变成无水盐，并可全部或部分溶解于水(结晶水)。若盐的溶解度很高，则可以全部溶解，但如果盐的溶解度不高，即使加热到熔点以上，有些盐仍处在非溶解状态，此时残留的固态盐因密度大沉到容器底部而出现固液相分离。
实验过程：
1.解决Na2SO4?10H20过冷现象：添加成核剂法和冷指法。
●成核剂可作为结晶生成中心的微粒，使在凝固点时顺利结晶，减少或避免过冷的发生。可作Na2S04?10H20成核剂的物质有硼砂等。
●冷指法即相变过程中保留部分固态Na2S04?10H20，以这部分未融化的Na2s04?10H20作
为成核剂。
为了防止在熔化时固液相的分层需要加入一定量的增稠剂或悬浮剂。
→增稠剂的作用：提高溶液的粘度从而阻止水合盐聚集，但并不妨碍相变过程；常用的增稠剂是活性白土、PCA(聚羧酸)、YDS一1、cMc(羧甲基纤维素)等。
→悬浮剂的作用：将析出的无水Na2SO4和成核剂均匀地分散在体系中，使它们与溶液充分接触。常用的悬浮剂有木屑和白碳黑等。
2.Na2S04?10H20的一些低共熔混合物的性能：
低共熔混合物即共晶盐相变材料，是指2种或2种以上物质组成的具有最低熔点的混合物。低共熔混合物具有与纯净物一样的明显的熔点，在可逆的固一液相变中始终保持相同的组分。是相变储能材料中比较理想的材料。
●在Na2S04?10HzO中加入能与其形成共熔混合物杂质NaCI，制备了一系列NaCI含量不同的储热材料样品。
→随NaCI质量百分比的不断增大，材料的相转变点不断降低，储热能力也相应降低，但是在NaCI含量为13％左右时，出现例外，其储热量骤然增大。
→在Na2S04?10H20、NaCI、硼砂、CMC、木屑、HMP盐、水等，形成低共熔混合体系，最佳组成为4％硼砂+7％木屑+2％CMC+0．2％HMP以及一定量的NaCl。
(1)Na2SO。?10H20无机共晶盐的研究主要有Na2S04?10H20-Na：HP04?12H20、
Na2S04?10H20-NFLCl、Na2S04? 10H20-NaCl以及Na2SO4?10H20―NaN03等体系，取得了较好的研究效果。主要表现在过冷现象基本控制，熔化潜热较大。
(2)整体研究水平大都还停留在试验阶段，商业化应用不多。
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