钟良：相变储热材料的研究进展(封面)

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1、学生学号1049721400444武汉理工大学研究生课程论文课程名称金属功能材料及应用开课学院材料学院指导老师吴兴文学生姓名钟良学生班级工硕145班2014—2015学年第一学期相变储热材料的研究进展摘要：本文主要介绍了相变储热材料的研究背景，对相变材料进行分类，介绍了几种常见的制备方法，并对相变储热材料的应用前景进行了展望。关键词：相变材料；储热；前景1相变储热材料的研究背景当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题。开发利用可再生能源对节能和环保具有重要的现实意义。发展热能存储技术尤为重要，热能存储就是把通过一定的方式把占时应用不到应用不完的多

2、余的热和废热存储起来，适时还可以另作他用。其中，相变储热技术是合理有效利用现有能源、优化使用可再生能源和提高能源利用效率的重要技术，是近20年来世界节能领域一个非常活跃的研究方向。随着太阳能、工程热物理、航天技术及工业余热回收利用等领域的相互渗透和迅猛发展，为相变储热的进一步研究和发展提供了丰厚的条件。该技术在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、气废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。相变储热利用材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。相

3、变储热技术的核心是相变材料(PhaseChangeMaterials,PCMs)，又称潜热储能材料，是在相变过程中可吸收或释放能量的储热材料，其吸收或释放的热量称为相变焓或焓变。相变过程的发生仅取决于温度，可广泛应用于热量储存和温度控制领域。相变储热材料蓄热密度高、蓄热装置结构紧凑，且吸放热过程近似等温、易运行控制和管理，因而较受关注。2相变储热材料的分类根据相变形式的不同，相变材料可分为固−固相变、固−液相变、固−气相变和液−气相变4类，其中固−固相变、固−液相变是研究和实际中采用较多的相变类型，而固−气相变、液−气相变虽有很大的相变潜热，但由于相变过程

4、中大量气体的存在，使材料体积变化较大，难以实际应用。按材料的化学成分划分，相变储热材料一般可分为机相变储热材料、有机相变储热材料、复合相变储热材料和金属相变储热材料。其中，无机相变储热材料主要有金属盐水合物、碱水合物、活性白土及矿棉等。以水合盐为例，代表性的有Na2SO4-10H2O(芒硝)，CaCl2-6H2O,CaBr2-6H2O,CH3COONa-3H2O等，其相变机理为：材料受热时脱去结合水，吸收热量；反之，吸收水分，放出热量。有机相变储热材料是利用晶型之间的转变和高分子支链在不同温度下的转变而吸热或放热，典型的有石蜡、酯酸类等；复合相变储热材料是

5、利用网络状物质为基质以维持材料的形状、力学性能，而作为相变材料的物质嵌在网络结构基质中，通过相变吸收或释放能量；纤维复合储热材料是将导热纤维制成蓬松团置入金属容器或模腔中，并加入相变储热材料制成的复合材料；而金属相变储热材料主要为金属及合金的相变储热材料。据材料的相变温度不同，相变储热材料可分为低温相变材料、中温相变材料和高温相变材料，各温度范围间并没有明显清晰的界限，常发生较大范围的重叠，但因实际应用时需要储蓄热量的热源通常有一定的温度范围，这种按相变温度分类的方法更实用。3相变储热材料的选择无论按何种方式将材料分类，理想的、有实用价值的相变储热材料应该

6、符合下列标准：(1)热力学标准：单位质量潜热高，便于以较少的质量即能储存相当量的热能；高密度，盛装容器体积更小；高比热，可提供额外的显热效果；高热导率，以便储、放热时储热材料内的温度梯度小；协调熔解，材料应完全熔化，以使液相和固相在组成上完全相同，否则因液体与固体密度差异发生分离，材料的化学组成改变；相变过程的体积变化小，可使盛装容器形状简单。(2)动力学标准：凝固时无过冷现象或过冷程度很小，熔体应在其热力学凝固点结晶，这可通过高晶体成核速度及生长速率实现，有时也可加入成核剂或冷指(Coldfinger)来抑制过冷现象。(3)化学标准：化学稳定性好，不发生

7、分解，使用寿命长；对构件材料无腐蚀作用；无毒性、不易燃烧、无爆炸性。(4)经济标准：价格低廉，储量丰富，易大规模制备，这些因素对相变储热材料在热能储存中的推广应用非常重要。4相变储热材料的制备4.1基体材料封装相变材料法封装相变材料法就是把基体材料按照一定的成形工艺制备成微胶囊、多孔或三维网状结构,再把相变材料灌注于其中或把载体基质浸入熔融的相变材料中。其中微胶囊化技术包括界面聚合法和原位聚合法:⑴界面聚合法是将两种反应单体分别存在于乳液互不相溶的分散相和连续相中,而聚合反应是在相界面上发生的。这种制备微胶囊的工艺优点为:可以在常温下操作,而且方便简单、效

8、果好。缺点:①对壁材要求较高,被包覆的单体要有较高的反应活性;②制