相变材料
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相变材料范文第1篇
中图分类号：TQ02 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0095-02
随着科技飞速的进步，人类对能源的需求日益增加，对能源的利用率提出了越来越高的要求。储能技术“削峰填谷”的作用对提升能源的利用效率具有重要意义。近年来相变储能材料在能源的充分利用研究领域中处于十分活跃的地位。相变材料（Phase Change Material， PCM）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。
随着微纳加工技术的发展，航空航天领域中的电子元器件向高功率化、小型化等方向发展。随着飞行器速度不断提升，电子元器件的温控问题已经成为影响器件可靠工作的关键。资料分析显示：电子元器件的温度每升高2 ℃可靠性下降10%，因此航空航天领域中电子元器件可靠地温度控制是飞行器正常运行的重要保障。目前被广泛应用于解决电子元器件散热问题的导热界面材料不能满足航天领域电子元器件的温控需求，对于此类处于较高温度的密闭环境体系中高密度电子元器件的热保护必须采用一种新型的热控技术，即相变储热式温控技术。相变材料被提出装配于电子元器件和散热片之间，通过相变过程的相变潜热吸收电子元器件工作产生的热量，达到控制电子元器件温升，保证电子元器件可靠性的目的。同时，相变材料具有常温下呈固态，可以制成垫片便于装配，达到一定温度后融化润湿配合界面，降低界面热阻，是替代界面导热材料的新型热控材料。
针对目前复合相变储能材料存在的问题，研制二元有机/无机纳米复合相变储能材料，以无机层状化合物为载体基质、二元有机储能材料为工作成分，利用插层离子交换技术将储能纳米粒子填充到无机片层纳米结构中，提高单位质量导热性能，通过溶胶-凝胶法制备出新型二元有机/无机纳米复合相变储能材料。在二元有机相变储能材料研究中，从增加材料的导热系数和储能密度展开研究，通过相变储能材料共混机理、复合相变储能材料优化设计，为固-液相变储能材料的优化设计提供技术支持。最终研制出的二元有机/无机纳米复合相变储能材料兼具高储能密度与高导热性能，将其应用于建筑节能领域（如墙体保温材料、砂浆等）、恒温保温纺织领域（如冷库出入、井下作业人员等），可以有效提高能源的利用率。
1 复合相变储能材料优化设计
在复合相变储能材料的设计阶段，体系的选取及合适的组分的确定都可以直接根据相图加以确定。
由于一些纯化合物具有较高的相变焓，是很好的相变储能材料，但其中大部分纯化合物的熔点高于实际应用要求的相变温度，并不能直接应用。如果能把这些物质进行混合，通过调节物质的比例来调节混合物相变温度，使其相变温度范围落在具体应用领域的舒适度范围内，并且具有较高的相变焓，就获得了高品质的相变储能材料，所以只有将它们进行复合，才能制备出符合要求的相变储能材料，即通过互相混合以降低相变材料的相变温度。
将两种纯化合物混合成理想溶液模型，两组分体系混合能达到最低的熔点，称为低共熔点。将纯化合物混合而成的溶液冷却，则获得的低共熔点温度为混合后相变材料的计算相变温度。
通过施罗德（Schroder）公式计算可得到两种单体不同混合比例对应的不变温度。低共熔温度时呈三相平衡：
（1）
在定温定压时，为使溶质A溶于溶剂B所形成的溶液和纯溶质A处于平衡，A在两相中的化学位必须相等。即：
（2）
公式中：为纯固体溶质A的化学位（摩尔吉布斯能）。在平衡时用饱和溶液中溶质A的摩尔分数为溶解度。
因为是理想溶液模型，所以 ，因此，
（3）
对上式两边取全微分，
在一定压力时，
由此得出，
（4）
式中，为混合物主要成分A的摩尔分数；为纯化合物A的熔化潜热， J・mol-1；为纯化合物A的熔化温度，KT含有化合物A的混合物的熔化温度，R为气体常数，8.315 J・kmol-1。
材料的熔点受到材料纯度的影响，纯度过低可能造成材料的熔点与其理论差值相差3 ℃，因此选用的原材料首先要用DSC方法测量其相变温度和相变焓，然后就可以利用测得的值（，）和公式（4）来计算二元混合物的低共熔点（，T）。
通过有机相变材料混合制成的二元复合相变材料，属于新的混合有机相变材料，其相变特性与原材料相比会发生很大改变，相变温度区间一般相对较大。借鉴无机相变材料减小过冷度的方法，在二元复合相变材料中添加形核剂，加速相态转化，可以减小材料相变温度区间。
2 复合相变储能材料制备研究
利用溶胶-凝胶法制备复合相变储能材料，金属醇盐中加入纳米粒子经水解和缩聚反应形成溶胶，通过搅拌使其混合均匀。在凝胶形成过程中，相变储能材料与溶剂一起被裹入一定结构和尺寸的孔或“笼”维网络结构，而相变储能材料则被均匀地分散、嵌入在二氧化硅的三维网络中，使其很难再溢出；从而将有机相变材料和无机物的结构、物理和化学特性充分的结合起来。
此外，凝胶孔大量地以闭合孔的形式存在，在化学惰性的密闭孔中密封了大量的相变储能材料，形成了所谓“笼效应”，使得相变储能材料被包覆在“笼”中，在宏观上始终呈现固体状态。
溶胶-凝胶法的主要原理是将酯类化合物或者金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产品。基本反应为水解反应和聚合反应。
（1）水解反应：对金属醇盐M（OZ）n而言（其中n为M的原子价），金属醇盐的水解反应式如下：
（2）缩聚反应：金属醇盐的缩聚反应与水解反应同时发生，分为失水缩聚和失缩聚：
（3）总反应：
式中，M为金属；Z为有机基团，制备的溶胶中含有大量的水和醇，经干燥、焙烘除去溶剂可得到具有网络结构的凝胶。
2.1 溶胶制备研究
溶剂：制取含金属醇盐和水的均相溶液是溶胶凝胶制备的关键，以保证醇盐的水解反应在分子的水平上进行。
金属醇盐：过渡金属醇盐一般都具有配位数增高的趋向。带有部分正电荷的金属原子，通过其空间轨道接受亲核配体提供的电子，使配位数增高，这通常要借助于溶剂化齐聚作用。
水的加入量：水的加入量习惯上以水与醇盐的物质的量比计量，用表示。由于水本身是一种反应物，水的加入量对溶胶的制备及其以后的工艺过程都有重要影响。研究表明水的加入量对溶胶的粘度，溶胶向凝胶的转变以及胶凝化作用的时间均有影响。要获得清澈透明的凝胶必须在的条件下。
水解温度：提高水解温度对醇盐水解速率是有利的，特别是对水解活性低的醇盐（如硅醇盐）。为了缩短水解时间，常常需要在加温条件下操作，此时制备溶胶的时间和胶凝时间会明显缩短。
催化剂：催化剂可以是酸、碱或者它们的混合物，在催化剂的作用下，水金和属醇盐发生水解反应，水解反应以及胶凝时间受到催化剂的种类的显著影响。
2.2 催化剂在溶胶-凝胶中的作用机理研究
溶胶-凝胶反应过程以及生成凝胶的结构及粒度受到催化剂的显著影响。在溶胶-凝胶法制各复合材料过程中，胶体特性受催化剂种类的影响极大，从而最终对复合材料的结构与性能起到只关注重要的影响作用。
加入溶液中的酸或碱起到调节溶液的酸碱度作用的同时具有催化作用。本文拟用氨水来调节溶胶的pH值。在氨水催化条件下，氢氧根离子的作用使硅原子带负电性并导致其电子云向另一侧的-OZ基团偏移，使该基团Si-OZ键减弱并最终断裂。水解机理如下：
水解过程由于位阻效应的影响，通过不断聚合作用、水解作用形成一线性硅氧链，随着硅氧链的伸展、交联，最后形成了线联的三维无规网络结构。
3 复合相变储能材料的应用
我国大量的钢铁、机械制造等企业每年对于煤、电、天然气等需求非常严重，尤其是电力负荷的需求，日趋严重。采用复合相变储能材料，可以用于工业余热回收、电力的峰调等，有效解决我国日益严重的能源缺乏问题。
以普通的热水储热器与相变储能器为例，同样的5 L供热水量，同样的输出功率：200 kW，同样的输入功率：196 kW。每天消耗的电费差别相当大，相变储能器为379元/天，热水储热器为1288元/天，变储能器可节省电费：1288-379=909元，单以次计算，每年可节约电费33万余元，节电效果非常明显。
节能环保、可持续发展是我国目前工业建设的发展趋势。相变储能材料能够有效地节约能源，缓解能源问题，提升能源利用效率，提高热转换效率。尽管人们对相变储能技术的研究虽然只有几十年的历史，但它的市场前景十分广泛己日益受到人们重视。
参考文献
[1] 崔巍.相变蓄能材料在建筑节能中的应用[J].节能环保技术，2007（5）：21-23.
[2] 王海超，焦文玲.相变蓄热材料及其在低能耗建筑中的应用[J].建筑热能通风空调，2008，27（3）：18-21.
[3] Mohammed M Farid，Amar M Khudhair，et al.A review on phase change energy storage materials and applications.Energy Conversion and Management，2004，45：1603-1608.
[4] Gong Z X， Mujumdaar A S.Ap ed Thermal Engineering.1996，16（10）：807.
相变材料范文第2篇
关键词定形相变材料贮能石蜡
1引言
利用相变材料的相转变潜热或蓄冷，温度变化小、蓄能密度大，在太阳能利用、工业余热和废热回收及建筑采暖和空调节能等领域有着广阔应用前景[1]。传统的固液相变贮能材料在实际应用中，都需用容器封装，增加了传热时相变材料与外部传热介质间的热阻，降低了传热效率，且增加了封装成本。定形相变材料是由相变材料和高分子支撑和封装材料组成的复合贮能材料，由于高分子囊材的微封装和支撑作用，作为芯材的相变材料发生固液相变时不会流出，且整个复合材料即使在芯材熔化后也能保持原来的形状不变并且有一定的强度。该类材料有以下优点：无需封装，不泄漏，从而减小了封装成本和难度，并减小了相变材料和传热流体间热阻。该类材料在建筑暖通空调领域及建筑材料领域有着较为广阔的应用前景。
Inaba教授[2]较早研究了高密度聚乙烯和熔点54℃的石蜡体系混成的定形相变材料的热物理性质，石蜡掺混比例为74wt%。叶宏等人[3]也对石蜡和高密度聚乙组成的定形相变材料进行了研究，他们用几种高密度聚乙烯和熔点在58℃左右的精炼和半精炼石蜡作为原料，石蜡在定形相变材料中所占比例为75wt%。法国的XavierPy等人[4]制备了石蜡-膨胀石墨定形相变材料，并研究了体系的热物理性能，石蜡掺混比例为65wt%～95wt%。华南理工大学的肖敏等人[5]研究了石蜡和热塑弹性体SBS组成的复合相变材料在加入石墨后热传导性能的提高，他们加入的石蜡含量在20wt%～80wt%范围内。定形相变材料研制中多以高密度聚乙烯、SBS或石墨为支撑材料，石蜡为相变材料，对定形相变材料的均匀性分析不够，对支撑材料类型及石蜡掺混比对定形相变材料材料性能的影响讨论不够充分。
本工作应用不同熔点的石蜡和一些高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯及橡胶作原料，研制出一些定形相变材料。对材料的均匀性进行了分析，并对相变材料的的掺混比进行了讨论。用DSC差示扫描量热仪和电子扫描显微镜等仪器对材料进行一些结构和热性能方面的分析研究，其中应用低压聚乙烯和石蜡共混，石蜡所占比例最高达到90wt%。
2实验
2．1实验试剂
切片石蜡，熔点48～50℃；半精炼石蜡，熔点56～58℃，58～60℃，60～62℃；精炼石蜡，58～60℃；低压聚乙烯，J-0；高压聚乙烯1L2A；高压聚乙烯，1F7B。
2．2实验仪器
平板硫化仪、DSC2910差示扫描量热仪、橡胶塑料实验机、SF-11型塑料粉碎机、电子扫描显微镜。
2．3实验内容
首先用不同熔点的石蜡和低压聚乙烯共混形成定形相变材料，然后采用不同种类的高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯以及SEBS作为支撑材料制备出不同的定形相变材料，对它们的性能进行了研究分析。对定形相变材料进行DSC测试，升温速率5℃/min。对一些材料的微观结构用扫描电子显微镜进行了研究分析。
3结果分析
3．1DSC分析结果
3.1.1不同支撑材料与48#切片石蜡的实验
用切片石蜡和不同类型低压聚乙烯和聚丙烯进行了实验，石蜡所占的质量百分比相同，可以从图1看出有些HDPE组成的材料潜热值偏低，一方面由于材料本身造成的，材料各处潜热测量值有差异，另一方面则是由于材料和工艺的适应性不好。研制定形相变材料时，针对不同的材料，要相应的调整制备工艺。
图1不同支撑材料与48#石蜡组成材料的潜热测量值
1-HDPE5000S；2-HDPE5200B；3-HDPE2200J；4-HDPEJ0；5-PPS1003
3．1．2不同熔点石蜡实验
我们对J0型HDPE与不同熔点石蜡混制备定形相变材料进行了实验，可以看出相同比例的精炼、半精炼石蜡组成的定形相变材料潜热值判别不大，而这个差别是由于原材料的潜热不同造成的（表1）。可以以不同熔点的石蜡为原料制出一系列不同熔点范围的定形相变材料，应用到不同领域中去。
不同熔点石蜡组成材料的潜热值表1
石蜡类型半精炼56#半精炼58#精炼58#半精炼60#
相变潜热值（kJ/kg）103.197.37101.5111.2
3.1.3材料均匀性
我们分别在两个定形相变材料试样（组成材料一样，石蜡所占百分比不同）的4个不同部位分别取样进行DSC分析，得结果见图2，从图中我们可以看出同一试样不同部位相变潜热值差别不大，差别在10%以内，说明定形相变材料中石蜡分布较均匀。
3．1．4潜热测定及石蜡掺混比临界值讨论
图2试样不同部位潜热值测试结果
图360#石蜡DSC测试曲线
图4定形相变材料（石蜡占70wt%）DSC测试曲线
图5定形相变材料（石蜡占90%）DSC曲线
图6不同比例石蜡的定形相变材料的潜热测试值
从60#石蜡DSC测试曲线（图3）可以看出，60#石蜡有两个相变峰，每个相变峰出现在40℃附近，较小，第二个相变峰出现在60℃，较大。从定形相变材料的DSC曲线（图4，5）中同样可以看到这两个相变峰，聚乙烯熔融的峰出现在120℃附近。可以看到两者的温度差约为60℃，能够保证在定形相变材料中石蜡发生相转变由固态变成液态时，聚乙烯能支撑结构使得材料形态不变。由DSC测得的相变热和用石蜡所占百分比概算得的结果差别不大。图6为含不同比例的石蜡的定形相变材料的潜热，石蜡含量在70%～90%之间，材料的相变热在130～175kJ/kg，可以看出潜热值随石蜡所占比例增加近似线性增加。为了实现支撑材料的对整体结构的支撑作用，支撑材料在定形相变材料中所占比例应有一个下限，即石蜡所占比例有一个上限，在制备定形相变材料时，石蜡比例达到90%时，定形相变材料有一些渗出现象，所以石蜡在定形相变材料所占质量百分比的不宜大于90%。
3．1．5其他
用HDPE和60#石蜡混和，石蜡掺混比达到80wt%时，定形相变材料性能较好，材料潜热测量值达到144.4kJ/kg。
3．2扫描电子显微镜分析结果
利用扫描电子显微镜对用低压聚乙烯和60#半精炬石蜡（熔点60～62℃）制成的定形相变材料进行了结构分析。对定形相变材料的脆断面进行了拍照观察，然后用有机溶剂溶去石蜡对HDPE构架进行了观察。
图7定形相变材料扫描电镜结果（1500倍）
图8定形相变材料扫描电镜结果（3000倍）
对定形相变材料断面用有机溶剂浸泡后溶去石蜡后的表面分析，得到图7和图8的扫描电镜照片。浅色部分为聚乙烯的形成的骨架，深色的部分为石蜡被浸泡溶去后形成的凹陷。可以看到，定形相变材料分布较均匀，聚乙烯形成了空间的网状结
构。在石蜡熔融时，聚乙烯能够起到的支撑和封装作用，使材料的整体武装不发生变化。
4结论
可用不同类型的高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯等一系列高分子材料作为支撑和微封装材料，不同熔点、不同类型的石蜡作为相变材料，制备系列定形相变材料，其中石蜡质量百分比可达80%，潜热较高，均匀性较好。有望作为相变地板应用到房屋建筑当中，并且可能和其他材料混合作业一种新型的建筑材料。下一步需要继续改进材料制备的工艺，改善材料的力学及其他性能。
参考文献
1张寅平，胡汉平，孔祥冬等，相变贮能-理论和应用，合肥：中国科学技术大学出版社，1996
2HInaba,PT.HeatandMassTransfer,1997,32(4):307--312
3YeHong,GeXinshi.SolarEnergyMaterials&SolarCells,2000,64(1):37～44
相变材料范文第3篇
在实际的应用中，相变储能材料一般为固-液组成，当外界的温度在高于材料自身的熔化温度的时候，其从固相变化成液相，并且在这个过程中，吸收大量的热量并储存起来；而当外界的温度在其凝固温度以下的时候，相变材料将由液相转化成固相，同时在释放大量的热量；在这个物理变化的过程中，储存或者是释放能量的过程我们称之为相变潜热，并且在这个过程中材料自身的温度是不变化的。与常用的材料相比，相变材料具有以下的优势：
（1）材料自身的储能的密度大，储存的热量多，在环境的温度比相变的温度高的时候，将多余的热量给储存起来，在环境温度比相变温度低的时候，将热量释放，从而有效地防止了热量的流失，以此更好地提高能源利用的效率。
（2）潜热大，少量材料即可储存大量的热量，以此满足建筑的节能需求，同时减轻建筑自身的负重。
（3）蓄热的系数大，同时其可以更加有效地转移峰值的负荷。如在室内使用相变材料之后，经过计算其时间可以延迟大概5个小时，当外界的温度处在中午的2点的温度的时候，通过延迟，室内的温度还可保持上午的9点的温度。
（4）可自动调节，从而保持温度的恒定。在断电恒温测试实验中，上午11点的温度和晚上10点的温度始终大致维持在同一个温度水平，这样可以在冬天的时候提高室内温度，同时在夏天的时候降低室内的温度，从而减少对空调电量的消耗。
二、低碳经济下的必然选择
相变储能材料作为低碳经济模式下的必然选择，主要的原因有以下几点：
（一）全球环境变化呼唤环保能源
随着近段时间的北京雾霾、菲律宾台风等一系列事件的发生，进一步的说明全球环境污染和气候变化已经到了非常严重的地步。尤其是现阶段的汽车尾气、煤炭能源以及天然气等释放的大量的二氧化碳，已经使得地球吸收大量地球反射回来的长波，让地球对太阳辐射变得具有高度的透光性，从而使得地球的热量越来越多，最终导致地球温度的上升。
（二）建筑高能耗呼唤节能材料
以装饰行业为例，装饰作为我国发展的朝阳产业，正在蓬勃发展。据国家统计局的相关数据显示，每年我国的新旧房的装修超过1千万套，其市场突破6500亿元的行业总产值。然而在我国的装饰工程中，存在这很多的弊端以及相关的安全隐患。如人们为了凸显其装修的效果，而忽视对工程中起着关键作用的一些隐蔽部位，空有虚假的华丽外表。在设计中，防腐、保温等的构造以及不同部位材料的选用，往往因为设计人员的无知埋下很多隐患。同时，装饰工程中缺乏有效的节能法规，传统装修带来的是高污染和高能耗，由此带来的直接经济损失达到400多亿元人民币。因此，保障人类的可持续发展，保护我们的地球，必须呼唤环保能源。同时各行业也必须转变现有的经济发展的模式，改变以往的高能耗、高排放而转向可持续、可循环的经济方式。在此情势下，英国在2003年出台了《我们能源的未来：创建低碳经济》能源白皮书，同时指出未来的市场将主要以节能环保、可持续发展的材料作为主流。而我国制定的“十一五”能源发展规划中提出，全面推进能源节约，并将节能任务具体落实到各省、自治区和直辖市以及重点企业，实行单位国内生产总值能耗指标公报制度，实施节能目标责任制和问责制，构建节能型产业体系，促进经济发展方式的根本转变，从而为相变储能材料行业发展奠定了基础。
三、相变储能材料行业发展的现状与瓶颈分析
（一）行业发展的现状
1.通过过统计调查发现，现阶段从事相变储能材料的公司在525家左右。现阶段的市场上销售的储能材料大致分为三类：固态相互转化气态、液态；气态、固态相互转化液态及固态相互转化固态。而在实际的过程中，主要是以固态相互转化液态及固态相互转化固态为主。
（1）固-液相变PCM
a无机储能材料
无机水合盐由于具有较大的熔解热和较高的熔点，是中低温相变的重要一类材料，主要有结晶水合盐类熔融盐类金属或合金等。
b有机储能材料
有机类相变材料常用的有高级脂肪烃类、脂肪酸或其酯或盐类、醇类、芳香烃类等。
（2）固-固相变PCM
目前已经开发出的具有技术和经济潜力的固-固相变材料主要有多元醇高分子类和层状钛钙矿以及多孔基体复合PCM。
2.市场规模分析
从2008年到2012年我国的相变材料的市场需求的容量在逐年的增加，每年的增长速度都基本保持在15%左右。而截止到2012年的11月初，其市场的规模量已经达到1200万吨。从2007年到2012年我国的相变材料市场的调查可以知道，其市场的需求量按照每年20%的速度在不断地增长。
（二）相变储能材料行业发展瓶颈分析
随着近几年国家对低碳经济的重视，如在“十二五”规划中出台了一系列的政策和措施，“到2020年，中国单位GDP二氧化碳排放要在2005年的基础上降低40%至45%”，以此，全民的低碳意识有了很大的提高。同时，随着低碳意识的加强，很多的人开始推广和使用相变储能材料，行业也因此取得飞速的发展。但是，随着行业的发展，相变储能材料也遇到了很多的发展的瓶颈：
（1）储能相变材料方面的法规较少、缺乏统一有效的可操作标准。由于缺乏统一的规范，导致在行业发展的过程中行业发展混乱，标准不一。在实际的操作过程中，很多的企业完全没有统一的技术规范要求，导致生产出来的相变储能材料达不到标准，从而在运用中失去保温或恒温的意义。同时，不规范的技术还导致相变储能材料存在相关的安全隐患，从而给未来的装修或建筑工程埋下隐患。
（2）缺乏有效的经济鼓励措施。相变储能材料作为我国刚新兴发展起来的环保节材料，从规模和市场使用率等各个方面来讲还比较小，因此国家还未能制定相关的政策和经济鼓励措施。
（3）在相变材料的生产企业，其一线工人很难招，主要是因为其为化工企业。
（4）现有的设备供应商，在售后服务方面远远跟不上。
（5）在相变材料行业中，存在着严重的货款拖欠。
（6）相变材料的生产能力总量过剩。
（7）未形成规模效益。
（8）价格比平常的材料价格要高。
（9）未有统一的行业协会。
四、解决行业发展瓶颈的对策
（一）行业内开展的工作
（1）在行业内建立统一的行业协会，从而对行业内的相关措施进行规范和统一。
（2）在行业的内部开展相关的信用评价建设工作，从而解决存在企业中间存在的恶意拖欠等行为的产生，以此带动行业健康、快速地发展。
（3）引导企业进行规模化生产，同时加快行业内部的并购和充足，从而在行业的内部形成规模效应，以此降低相变材料的价格，从而更好地做好市场的推广。
（4）针对个别落后的问题，鼓励和引导企业进行设备的更新，同时鼓励企业加强对科研的投入，从而更好地提高企业相变储能技术的水平，同时加强从国外的技术引进，以此改变传统的方式。
（5）针对在相变材料企业中存在的用工难等问题，引导企业加强对自身生产的重视，更好地改善工人工作的相关环境，提高工人工资，以此吸引更多人来企业工作。
（6）针对售后服务跟不上的问题，首先是要加强对售后服务的意识的培训，其次是实实在在的技术和性能的提高，以此吸引客户。
（二）产业的相关政策
1.提高相变材料的市场准入的门槛
提高行业的门槛的目的，是因为在我国的很多相变材料生产中，由于准入门槛低，导致在行业中存在这大量的伪劣产品，这些企业因为技术等各方面原因的不够，生产出的产品到不到保温或恒温的标准，导致行业口碑差，质量问题多的情况发生，从而给行业带来严重的损伤。因此，亟需国家制定相应的政策或措施，来提高行业的准入。
2.制定产业经济鼓励措施
行业的发展，离不开国家的支持。而相变材料作为新兴的环保节能材料，其具有很好的优势和效果。因此，国家亟需出台相关的税收或经济补贴等措施，加强对行业的补助的力度，从而更好地保障相变材料的发展。
3.严格生产的许可
在行业发展的初期，很多的企业开始纷纷导向相变材料的生产，同时也有很多的个人后企业在无国家允许的情况下开始投入生产，导致生产的材料质量和标准不一，层次不齐，从而给行业带来影响。因此，国家在提高准入的同时，制定相关的生产许可细则，同时严格生产许可的发放和查处，坚决杜绝行业中的无证经营的现象。
4.修订相关法律，制定统一标准
由于相变材料作为新兴的行业，导致没有统一的标准进行生产，因此，亟需国家出台相关的法律法规，同时制定产品的统一标准，以此规范行业的标准混乱的现象，更好地使得行业进入良性循环发展的轨道。
5.开展行业诚信评价
在行业内部实施的开展相关的企业诚信建设，同时力争在“十二五”中旬，建立完善的信用体系，从而在行业内发挥评价作用。
6.国家中国扶持一批大型企业
要使得行业发展，就必须在行业内部扶持一批有实力的大型相变材料企业，从而作为其他相变企业发展的杠杆和标准，以此更好地规范企业的技术标准和行业标准。
五、结语
相变材料范文第4篇
关键词：相变材料；建筑材料；水泥混凝土路面；经济实用性；施工工艺
中图分类号：TU5文献标识码： A 文章编号：
1.相变材料的概念
相变材料(Phase Change Materials,简称PCM),又称为潜热储能材料,是利用相变过程中吸收或释放的热量来进行潜热储能的物质,具有在相变过程中将热量以潜热的形式储存于自身或释放给环境的性能,可以进行热能贮存和温度调节控制[1]。
相变材料以其贮热密度高、设备体积小、热效率高以及吸放热为恒温过程等优点,已应用于太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑供暖和空调的节能以及航空航天、纺织工业等领域[3]。其中就建筑材料而言,相变材料已用于水泥混凝土、水泥砂浆、涂料,开发了相变温控混凝土、相变储能混凝土、相变蓄能围护结构、相变储能墙板、隔热涂料等,对控制大体积混凝土温度裂缝,调控建筑物室内温度,以及节能、降耗、环保等起到了积极作用。但相变材料在公路交通领域的应用，至今尚处于探索研究阶段。
2．相变材料分类及组成:
相变储能材料根据相变形式、相变过程主要分为固一固、固一液、液—气、固—气等4种相变储能材料；按照其成分又大致可分为无机物和有机物（包括高分子）储能材料。根据相变温度，材料可分为高温、常温、和低温材料，高温材料在200 ~ 1000摄氏度范围，主要是一些无机盐类，适用于一些特殊的高温环境。常低温材料在20 ~ 200摄氏度范围，主要是一些无机盐水合物、有机物、高分子。
通常，相变材料是出多组份构成的，包括主储热剂、相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂等组份。
3.相变材料在水泥混凝土中的应用
3.1相变储能水泥混凝土路面融雪系统的设计及试件制备
3.1.1设计思想
相变储能路面融雪系统的设计思想与关键技术包括：采用热融化法，选择安全、理想、工程适用的发热体热源；引入相变材料，本文相变材料在水泥混凝土中的应用主要应用于城市中心广场等。
3.1.2试件制备
相变储能融雪系统以水泥混凝土为基础建立并制备。系统组成材料包括：水泥混凝土；热源；相变材料，相变点低的有机物质(石蜡)，固-液类材料，封装材料，以Ф30的钢质管状为宜；密封材料等。相变材料与热源结合构成相变储能发热体，发热体与水泥混凝土路面材料内结合构成路面融雪系统。
3.1.3实验原理
根据本文的研究设想将石蜡固体均匀放置于封装材料为Ф30的钢质管中，在钢质管中的进出口插入电极，通电后，电能转换为热能，被钢质管中的石蜡固体所吸收，随着时间的推移，石蜡逐渐由固态变成液态，从而实现储能效果。当遇到低温降雪天气时，储存在相变材料中的热量逐渐释放出来，石蜡由液态变成固态，实现放热过程。从而可以解决道路融雪问题。
3.1.4材料选取：
导热系数的大小表明金属导热能力大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，铜的导热系数较高，但是成本高，不好加工。铝的导热系数在铜和钢之间，但是强度不高。本文研究选择钢，主要在于其强度较高，生产加工容易，价格较便宜，故选择钢材。
表 1部分金属导热系数表
3.2相变储能路面融雪系统的水凝混凝土试验
3.2.1相变储能融雪体系水凝混凝土试件性能模拟试验
⑴为反映发热体对水泥混凝土抗压性能的影响，制作3 组水泥混凝土抗压强度标准尺寸试件（150×150×150mm）: a) 基准试件；b) 放置相变储能发热体的试件( 其中的相变材料封装管长度取 25 cm)；c) 放置热源（恒功率电伴热带）试件。
实验结果：发热体对水泥混凝土抗压性能b>a>c。
⑵为反映发热体对水泥混凝土抗折性能的影响，制作3组水泥混凝土抗折强度标准尺寸试件（150×150×600mm）: a) 基准试件; b) 放置相变储能发热体的试件( 其中的相变材料封装管长度取 25 cm) ; c) 放置热源（恒功率电伴热带）试件。为减小误差，每组试件为2块水泥混凝土抗折强度标准尺寸试件。
实验结果：发热体对水泥混凝土抗折性能b>a>c。
相变储能路面融雪系统将热融法路面除冰雪技术与相变材料的应用相结合，旨在改善路面材料体系的热稳定性, 提高融雪功效，减轻温度荷载对路面结构与材料的损害; 在满足融雪化冰供热的前提下，节能效果显著。
4.经济实用性及施工工艺
4.1根据国外相关工程的研究成果与经验，确定相变材料在混凝土路面中的施工工艺
下承层的准备----管线固定装置的安装----管线铺设----管线注水打压----道路材料的铺筑----主干线的连接-----开放交通[5]
在实体工程的运行实践总结得出，普遍存在以下几个方面的问题：
1．管材选取不合适，导致埋管系统产生过大的伸缩变形。
2．管道接头处连接处置不合理，导致管道接头处渗漏，从而引起不可弥补的现象。
3．热媒介质选择不合适，导致寒冷季节使用时由于液体粘度过大而导致系统产生工作的负荷。
因次，在此实体工程的设计中采取下述措施避免上述问题的发生：
1．选择热膨胀系数较小的材料------钢管。
2．埋设于路面内部的管线不设接头。在夏季气温较高时，进行接头的热熔处理，避免温度过高热熔接头不牢固。
3．采用低冰点的石蜡。
4.2效益分析
该技术初期投资提高120元每平方米，每次融雪费用消耗为每平方米每小时0.32元，融雪效果100%，该系统可以实现自动化控制管理，即可无人值守远程监控，根据天气预报和远程监控自动进行融雪。但综合考虑融雪剂的使用费用，减少路面冻融损坏维修费用，节约机械除雪和人工除雪对道路造成的损伤的维修费用，减少交通事故等造成的间接经济损失费用。最重要的是达到路面和现代化管理要求及节能环保的要求，该技术是一项长远有效的选择。
参考文献：
[1] 张寅平, 胡汉平, 孔祥冬, 苏跃红. 相变贮能理论和应用. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 1996: 9- 22.
[2] 李雨红等.常低温相变储热材料的研究和应用[J].化学教育，2004，（10）:9-13.
[3] 张建军等. 太阳能学报，2000, 21( 4) : 399- 402.
相变材料范文第5篇
关键词:建筑节能；相变材料；应用意义
1相变材料分类
相变材料可以按照成份分类，主要为:无机相变材料、有机相变材料、复合相变材料等，其中还包括结晶水合盐类。相变材料的应用范围较广，具有一定的导热优势，可以储存较多热量，在采购中，可以减少采购成本，提升建筑工程施工经济效益，但是，相变材料存在过冷度大等缺点。图1相变材料中的有机材料主要包括:石蜡相变、羧酸等，此类材料的优势就是性能稳定、不容易被腐蚀、相分离等，但是，建筑施工人员在应用有机相变材料的时候，会受其熔点低、容易氧化等缺点的影响，无法提升建筑施工质量。为了可以减少有机箱变材料的各类问题，建筑施工人员可以采购复合材料，例如:有机材料混合物等，可以拓宽材料的应用范围。如果在施工中出现相变潜热下降的现象，将会导致出现变性现象，因此，建筑施工技术人员在实际工作中，必须要应用二元或是多元复合材料，提升建筑节能施工可靠性。目前，我国技术人员开始研制复合相变材料，积极开发新型材料，为建筑节能施工提供帮助。主要包括以下两种:其一，技术人员开发出脂肪酸与多元醇等相变混合材料，将几种原材料混合在一起，可以最大程度降低相变材料应用成本，并发挥复合材料的应用作用。其二，相关技术人员开发出不同多原材料混合相变原材料，形成共融的机质，通过对相变温度的调节，开发出各类具备相变优势的复合材料，提升建筑施工质量。
2相变材料制备措施
在建筑施工之前，需要制备各类相变材料，将其与建筑原材料混合在一起，制备成为复合型的相变储能机制，有利于储存各类能源，提升节能性。具体措施包括以下几点:第一，科学应用浸泡技术。此类技术的应用，需要技术人员利用浸泡方式，将相变材料浸入多孔的建筑原材料基体中，例如:石膏墙板建筑原材料、水泥混凝土建筑原材料等，此类方式的优点就是制作方式渐变，有利于将传统的建筑原材料转变成为相变储能建筑材料。但是，在实际使用中，还会出现原材料浸泡不均匀的现象，无法发挥技术的节能作用。第二，合理应用能量微球方式。技术人员需要利用微胶囊技术开展相关工作，或是通过纳米复合技术对相变材料进行处理，使其成为能量微球，然后将能量微球与建筑原材料基体融合在一起，制作成为复合型的相变建筑储能原材料，此类方式从制备开始到最后，都需要技术人员对其进行全面的控制，可以制备出复合型的原材料，例如:制备界面聚合原材料，将石膏与相变微胶囊结合在一起，使其成为储存能源的建筑材料，提升节能效果。同时，技术人员可以利用溶胶与凝胶等技术方式制备建筑相变原材料，或是利用二氧化硅纳米复合技术制备建筑原材料，以此提高相变材料的应用可靠性，减少其中存在的能量微球应用问题，正确隔离相变材料与建筑基体，通过化学性能起到保护作用。另外，应用相变材料有利于对建筑原材料进行固态化处理，规避各类破坏性问题，提升建筑材料的应用价值。第三，适当应用直接混合方式。技术人员在应用直接混合方式的时候，可以将相变材料与建筑基体直接融合在一起，例如:将相变材料与硅石放置在一起，在此期间，必须要保证硅石为半流动性的粉状，同时，技术人员要将其与建筑材料基体融合在一起。再如:在制作建筑石膏板原材料的时候，技术人员可以利用94%的正十八烷与4%的正十六烷融合在一起，使其成为质量符合相关标准的相变材料，同时，技术人员还要利用能量微球制作方式对其进行处理，以便于相变材料与建筑石膏板原材料混合在一起，保证石膏板可以从传统的原材料转变成为变相能源储存类型的材料。另外，技术人员需要将变相材料与灰泥融合在一起，保证可以制备出具有储存能量优势的砂浆，提升建筑节能性。目前，我国建筑行业技术人员在实际研究与开发中，已经得到良好的成效，并将相变材料推广到建筑工程施工中，可以提升建筑材料的节能效果，并制作出各类形状的建筑构件，满足现代化工程施工不同需求，加快建筑节能施工的发展速度。
3建筑节能中相变材料应用措施
在建筑节能施工中，建筑技术人员利用相变材料开展施工工作，可以转变传统建筑方式，打破传统技术模型的局限性，提升建筑节能施工有效性，具体应用主要分为以下几类:第一，建筑技术人员将相变材料与建筑围护材料融合在一起，制作成为相变储蓄功能的围护结构，在实际应用中，可以对室内温度进行有效的调控，在冬季中，可以储存较多热力能源。在夏季中，可以减少室内外建筑物温度差，散发较多的热力能源，延缓室内气温高峰问题，提升建筑物的室内温度调节能力，甚至可以改善室内热环境，减少空调等机械设备的使用，全面优化室内环境。例如:建筑施工技术人员将石膏板与变相微球混合在一起，加入一些具有储存能量优势的建筑墙板原材料，可以转变传统内壁材料的应用方式，减少室内温度波动问题，为人们营造舒适的室内环境，同时，此类建筑节能材料的应用，有利于控制建筑施工成本，提高施工企业的经济效益［1］。第二，建筑技术人员将相变材料与大体积混凝土建筑原材料融合在一起，制作成为具有温度控制性能的混凝土结构。此类建筑材料的应用，可以全面控制混凝土的温度，减少结构内外温度差，避免出现混凝土内部温度迅速提升问题，延缓混凝土的温度高峰时间。此类建筑方式的应用，可以减少施工技术人员在大体积混凝土中冷却管的设置，全面解决混凝土内外温度差的裂缝问题，提升建筑施工质量。同时，还能改变建筑原材料的使用性能，延长其使用寿命，简化施工流程，降低施工成本，有利于控制建筑工程造价，节约经济支出。当前，我国建筑企业在应用相变材料制作大体积混凝土结构的时候，可以依据各类理论知识开展相关技术工作，提升混凝土温度控制有效性与可靠性，达到建筑节能目的［2］。第三，建筑技术人员将相变材料应用与砖材料结合，就是在烧砖的时候，将相变材料填入多孔烧砖孔穴中，就可以制备成为具有储能优势的砖材料。此类制备方式的流程较为简单，容易调节建筑原材料热性能，但是，在实际制备中，还存在强度不足等缺陷，相变砖材料的填充位置直接影响使用性能，若不能保证填充均匀性，将出现难以解决的质量问题。在现代化建筑技术研究中，技术人员针对此类问题提出意见，要求制备相变砖材料中，可以将烷烃基填充在转孔穴中，然后对其进行全面的制备处理，以保证相变砖材料的应用质量符合相关规定［3］。第四，建筑技术人员需要将相变材料融入到陶瓷建筑材料中，选择石蜡材料作为中心系统，利用水性环氧树脂开展陶瓷壁的制备工作，有利于提升陶瓷材料的储能效果，减少传统陶瓷材料的应用问题
4建筑节能中相变材料应用意义分析
在建筑节能施工中，施工技术人员应用相变材料，具有明显的应用优势，有利于节约建筑能源，控制建筑成本，减少施工中的经济支出，提高建筑企业经济效益。建筑节能中应用相变材料，可以有效储存热力能源，有利于对建筑温度进行控制，可以根据建筑内部环境的温度变化情况，发挥吸热或是放热功能。建筑节能工程中技术人员应用相变材料，具有无毒无害的优势，有利于改善生态环境，并延长建筑材料使用寿命，提升相变稳定性，简化各类建筑施工流程。但是，目前我国在研制相变材料的过程中，还没有开发出更多建筑原材料，难以满足建筑节能施工要求，部分技术人员过于重视相变潜热性能，忽视原材料的选择，无法在工程施工中全面开展各类研究工作，甚至会出现一些难以解决的问题。因此，我国建筑技术人员必须要根据建筑节能工程施工要求，全面开发各类相变材料。建筑节能工程施工技术人员在应用相变材料的时候，必须要重视大体积混凝土施工材料的制备，利用先进技术对其进行处理，在应用相变材料制备大体积混凝土之后，有利于延长混凝土的使用寿命，减少混凝土各类裂缝因素，避免出现原材料浪费的现象，提升建筑工程施工合理性与有效性，减少其中存在的问题。在未来发展中，建筑节能中相变材料的应用，会向着节能方向发展，除了可以储存能量之外，还能提升建筑环境的舒适度，减少围护结构对于建筑外部环境的刺激，转变传统建筑材料的应用性能，以此提高建筑节能工程的施工质量。在人们对节能施工技术的认知日益加深的情况下，相变材料会广泛应用在建筑施工中，利用相变储能方式改善建筑材料的应用性能，提升建筑工程的施工质量与节能性。
5结语
在建筑节能工程施工中，技术人员需要合理应用相变材料，并利用先进制备方式对其进行处理，保证可以减少其中存在的各类能源消耗问题，降低建筑工程的施工成本，并增强材料能量储存能力，为人们营造舒适的空间。
参考文献
［1］刘建青．相变材料发展及在建筑节能工程中的应用［J］．福建质量管理，2016(2)．
［2］倪海洋，朱孝钦，胡劲，等．相变材料在建筑节能中的研究及应用［J］．材料导报，2014，28(21):100－104．
