复合相变储能材料的研究

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1、复合相变储能材料的研究摘要：相变储能材料能够将能量以相变潜热的形式储藏在其体内，实现能量在不同时空位置之间的转换和有效利用，受到了学者的高度重视。近年来，相变储能材料的研究和应用发展十分迅猛，本文分析了对复合相变储能材料的制备和应用前景。关键词：相变储能材料优化设计溶胶凝胶制备技术中图分类号：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

2、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（PhaseChangeMaterial，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29℃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。

3、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。9针对目前复合相变储能材料存在

4、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（

5、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

6、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）9公式中：为纯固体溶质A的化学位（摩尔吉布斯能

7、）。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，8.315J・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

8、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。92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