郝　賽，杜　凱，梁言菲

（山東大學材料科學與工程學院，濟南250002）

相變材料的實際應用

郝賽，杜凱，梁言菲

（山東大學材料科學與工程學院，濟南250002）

相變材料憑借自身的優(yōu)良蓄熱性能，在人類生產(chǎn)生活的各個領域有著極其豐富的應用，尤其對環(huán)境友好和資源節(jié)約的社會理念而言，相變材料更是大顯身手。

相變材料；應用；展望

相變材料是一種隨溫度改變而自身發(fā)生物理性質變化，從而釋放或吸收潛熱的儲能材料。這種物理性質變化的過程，即為相變。如果人們將這種潛熱利用起來作為能源的補充，將極大地提高資源利用率，節(jié)省能源，有助于實現(xiàn)綠色環(huán)保的現(xiàn)代化發(fā)展目標。

1　相變材料

有的材料物理狀態(tài)發(fā)生變化時，其自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。例如，我們最常見的水，當溫度降至冰點，水將吸收并儲存大量的冷能量，而在熔化過程中，水將吸收儲存大量的熱能量。冰的數(shù)量（體積）越大，溶解過程需要的時間越長。這種材料就被稱為相變材料。

2　相變材料分類

相變材料主要包括有機、無機和復合三類。有機類主要包括醋酸、石蠟和其他有機物；無機類主要有熔融鹽類、結晶水合鹽類、金屬或合金類等；而復合相變儲熱材料兼顧兩者優(yōu)點，又恰恰避開一些缺陷，因此研制復合相變儲熱材料已成為儲熱材料領域的熱點研究課題。

3　相變材料應用

3.1航空航天

在廣袤的宇宙空間中，環(huán)境條件極其惡劣。以溫度而言，有光照的地方能有100℃～300℃，而背陰地溫度則低至-100℃以下，如此大的溫差，活動在太空中的宇航員們如果沒有恒溫措施來保障，生命將不復存在。而相變材料以其優(yōu)良的蓄熱性能，被廣泛應用到宇航服以及返回艙外殼上。同時，相變材料還能幫助衛(wèi)星等設備工作在基本恒溫的環(huán)境中，也可以作為吸收儲存的有效裝置。

3.2建筑

相變蓄能維護結構和供暖儲能系統(tǒng)是相變材料利用到建筑上的具體表現(xiàn)［1］。

3.2.1相變蓄能維護結構

將相變材料摻入建筑材料中，可以大大增強圍護結構的蓄熱功能，使得少量的材料就可以儲存大量的熱量。由于它的儲熱作用，室內外之間的熱流波動幅度被減弱，作用時間被延遲，從而可以降低建筑物供暖、空調系統(tǒng)的設計負荷，達到節(jié)能的目的［2］。

3.2.2供暖儲能系統(tǒng)

用相變蓄熱材料制作地板，在這種輻射供暖系統(tǒng)中，我們發(fā)現(xiàn)，它的熱舒適性好，所需熱媒的溫度較低，當以熱泵、太陽能集熱器等作為熱源時，這是一種理想方式。在這種低溫輻射方式供暖的室內，垂直的溫度梯度小，水平的溫度分布均勻，可使人體獲得極其理想的熱舒適感，符合人體生理需要［1］。

3.3服裝

鑒于相變材料優(yōu)良的蓄熱保溫性能，它在服裝產(chǎn)業(yè)的作用不言而喻。按照之前的對相變材料原理的解釋，同樣在它運用到服裝時，當人體或是外界環(huán)境溫度過高（超過相變材料相變溫度點），材料發(fā)生相變，吸收熱量，給人體降溫；當人體或外界溫度過低（低于相變溫度相變溫度點），材料發(fā)生逆相變，放出熱量，給人體保暖。這種熱轉換在服裝內起著緩沖作用，可以減小皮膚溫度變化，延長穿著者的熱舒適感［3］。

3.4制冷設備

傳統(tǒng)的制冷設備，比如冰箱、冷藏室、冷庫、空調等，不僅大量耗電，而且不環(huán)保。如果將傳統(tǒng)設備上的壓縮機換成相變材料外層，利用相變材料的優(yōu)良性能，可以節(jié)能60%以上。具體來講，如果長途運輸需要通過維持低溫保證運輸品的新鮮度，相變材料的用途大大體現(xiàn)，尤其是在長途運輸蔬菜肉食或者醫(yī)用組織時，這種相變材料設備不但省能無耗，而且無毒無公害。

3.5軍事

相變材料一旦運用于軍事，裝備于部隊，將是相變材料另一重大用武之地。

3.5.1熱防護作用

很多軍用設施，無論是作戰(zhàn)武器，還是應用裝備，在使用過程中不可避免地會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。而機械過熱將會影響使用，比如影響精度，降低速度，操作遲緩等。所以軍用機械的熱防護措施極為重要。而相變材料這一簡潔無耗的防護措施自然得到青睞。

3.5.2反熱追蹤

現(xiàn)代偵查技術常常利用紅外線熱遙感追蹤技術，如果機械或人直接暴露在空氣中，將十分容易被檢測到，從而暴露身份，可能會導致十分嚴重的后果。而利用相變材料使溫度保持恒定，相當于在敵人的紅外檢測場內實現(xiàn)了隱身的功能，這對反熱追蹤作戰(zhàn)有十分重要的意義。

4　新型相變蓄熱材料的展望

能源問題是21世紀人類面臨的重大問題，人類生產(chǎn)生活的每個方面都離不開能源，而想方設法地節(jié)約能源，提高能源的利用率，是人類要面臨的重大課題。同時，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對能源的需求越來越高，因為地球上的能源是有限的，所以蓄熱節(jié)能材料對能源的合理使用和節(jié)約等問題就顯得越來越有實際意義。新型相變材料的研究剛剛起步，目前有些高熱力學性能和化學穩(wěn)定性能好的多功能相變材料，并且如何將相變蓄熱材料推向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，這些將是廣大材料研究人員共同努力的方向。

［1］張亮，晏華，余榮升，等.相變材料的研究進展及其在建筑領域的應用綜述［J］.材料開發(fā)與應用，2010，25（1）：69-73.

［2］崔巍.相變蓄能材料在建筑節(jié)能中的應用［J］.節(jié)能環(huán)保技術，2007，（05）：21-231.

［3］張冬霞，郭鳳芝.相變材料在調溫服裝中的應用［J］.針織工業(yè)，2007，（03）：8-31.

The practical application of phase change material

HAO Sai，DU Kai，LIANG Yan-fei
（College of Materials Science&Engineering Shandong University，Jinan 250002，China）

The phase change material by virtue of its excellent heat storage properties in all areas of human life and production has a very rich applications，especially for resource-saving and environment-friendly society concept，the phase change material is to show their talents.

Phase change materials；application；prospect

TG146

A

1674-8646（2015）01-0027-02

2014-12-01

郝賽（1994-），男，江蘇徐州人，主要從事材料成型及控制工程研究。