相变材料的实际应用

郝　赛，杜　凯，梁言菲

（山东大学材料科学与工程学院，济南250002）

相变材料的实际应用

郝赛，杜凯，梁言菲

（山东大学材料科学与工程学院，济南250002）

相变材料凭借自身的优良蓄热性能，在人类生产生活的各个领域有着极其丰富的应用，尤其对环境友好和资源节约的社会理念而言，相变材料更是大显身手。

相变材料；应用；展望

相变材料是一种随温度改变而自身发生物理性质变化，从而释放或吸收潜热的储能材料。这种物理性质变化的过程，即为相变。如果人们将这种潜热利用起来作为能源的补充，将极大地提高资源利用率，节省能源，有助于实现绿色环保的现代化发展目标。

1　相变材料

有的材料物理状态发生变化时，其自身的温度在相变完成前几乎维持不变，但吸收或释放的潜热却相当大。例如，我们最常见的水，当温度降至冰点，水将吸收并储存大量的冷能量，而在熔化过程中，水将吸收储存大量的热能量。冰的数量（体积）越大，溶解过程需要的时间越长。这种材料就被称为相变材料。

2　相变材料分类

相变材料主要包括有机、无机和复合三类。有机类主要包括醋酸、石蜡和其他有机物；无机类主要有熔融盐类、结晶水合盐类、金属或合金类等；而复合相变储热材料兼顾两者优点，又恰恰避开一些缺陷，因此研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。

3　相变材料应用

3.1航空航天

在广袤的宇宙空间中，环境条件极其恶劣。以温度而言，有光照的地方能有100℃～300℃，而背阴地温度则低至-100℃以下，如此大的温差，活动在太空中的宇航员们如果没有恒温措施来保障，生命将不复存在。而相变材料以其优良的蓄热性能，被广泛应用到宇航服以及返回舱外壳上。同时，相变材料还能帮助卫星等设备工作在基本恒温的环境中，也可以作为吸收储存的有效装置。

3.2建筑

相变蓄能维护结构和供暖储能系统是相变材料利用到建筑上的具体表现［1］。

3.2.1相变蓄能维护结构

将相变材料掺入建筑材料中，可以大大增强围护结构的蓄热功能，使得少量的材料就可以储存大量的热量。由于它的储热作用，室内外之间的热流波动幅度被减弱，作用时间被延迟，从而可以降低建筑物供暖、空调系统的设计负荷，达到节能的目的［2］。

3.2.2供暖储能系统

用相变蓄热材料制作地板，在这种辐射供暖系统中，我们发现，它的热舒适性好，所需热媒的温度较低，当以热泵、太阳能集热器等作为热源时，这是一种理想方式。在这种低温辐射方式供暖的室内，垂直的温度梯度小，水平的温度分布均匀，可使人体获得极其理想的热舒适感，符合人体生理需要［1］。

3.3服装

鉴于相变材料优良的蓄热保温性能，它在服装产业的作用不言而喻。按照之前的对相变材料原理的解释，同样在它运用到服装时，当人体或是外界环境温度过高（超过相变材料相变温度点），材料发生相变，吸收热量，给人体降温；当人体或外界温度过低（低于相变温度相变温度点），材料发生逆相变，放出热量，给人体保暖。这种热转换在服装内起着缓冲作用，可以减小皮肤温度变化，延长穿着者的热舒适感［3］。

3.4制冷设备

传统的制冷设备，比如冰箱、冷藏室、冷库、空调等，不仅大量耗电，而且不环保。如果将传统设备上的压缩机换成相变材料外层，利用相变材料的优良性能，可以节能60%以上。具体来讲，如果长途运输需要通过维持低温保证运输品的新鲜度，相变材料的用途大大体现，尤其是在长途运输蔬菜肉食或者医用组织时，这种相变材料设备不但省能无耗，而且无毒无公害。

3.5军事

相变材料一旦运用于军事，装备于部队，将是相变材料另一重大用武之地。

3.5.1热防护作用

很多军用设施，无论是作战武器，还是应用装备，在使用过程中不可避免地会出现发热现象。而机械过热将会影响使用，比如影响精度，降低速度，操作迟缓等。所以军用机械的热防护措施极为重要。而相变材料这一简洁无耗的防护措施自然得到青睐。

3.5.2反热追踪

现代侦查技术常常利用红外线热遥感追踪技术，如果机械或人直接暴露在空气中，将十分容易被检测到，从而暴露身份，可能会导致十分严重的后果。而利用相变材料使温度保持恒定，相当于在敌人的红外检测场内实现了隐身的功能，这对反热追踪作战有十分重要的意义。

4　新型相变蓄热材料的展望

能源问题是21世纪人类面临的重大问题，人类生产生活的每个方面都离不开能源，而想方设法地节约能源，提高能源的利用率，是人类要面临的重大课题。同时，随着世界经济的快速发展，人类对能源的需求越来越高，因为地球上的能源是有限的，所以蓄热节能材料对能源的合理使用和节约等问题就显得越来越有实际意义。新型相变材料的研究刚刚起步，目前有些高热力学性能和化学稳定性能好的多功能相变材料，并且如何将相变蓄热材料推向产业化生产，这些将是广大材料研究人员共同努力的方向。

［1］张亮，晏华，余荣升，等.相变材料的研究进展及其在建筑领域的应用综述［J］.材料开发与应用，2010，25（1）：69-73.

［2］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，（05）：21-231.

［3］张冬霞，郭凤芝.相变材料在调温服装中的应用［J］.针织工业，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

郝赛（1994-），男，江苏徐州人，主要从事材料成型及控制工程研究。