相變材料資訊導讀：相變材料(PCM - Phase Change Material)是指溫度不變的情況下而改變物質(zhì)狀態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。

相變材料的相變原理是什么

物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過程。物質(zhì)系統(tǒng)中物理、化學性質(zhì)完全相同，與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。與固、液、氣三態(tài)對應，物質(zhì)有固相、液相、氣相。

一級相變

在發(fā)生相變時，有體積的變化同時有熱量的吸收或釋放，這類相變即稱為“一級相變”。例如，在1個大氣壓0℃的情況下，1千克質(zhì)量的冰轉(zhuǎn)變成同溫度的水，要吸收79.6千卡的熱量，與此同時體積亦收縮。所以，冰與水之間的轉(zhuǎn)換屬一級相變。

二級相變

在發(fā)生相變時，體積不變化的情況下，也不伴隨熱量的吸收和釋放，只是熱容量、熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)等的物理量發(fā)生變化，這一類變化稱為二級相變。正常液態(tài)氦（氦Ⅰ）與超流氦（氦Ⅱ）之間的轉(zhuǎn)變，正常導體與超導體之間的轉(zhuǎn)變，順磁體與鐵磁體之間的轉(zhuǎn)變，合金的有序態(tài)與無序態(tài)之間的轉(zhuǎn)變等都是典型的二級相變的例子。

相變材料應用領域

航天

由于外太空溫度屬于極寒或極熱環(huán)境，對宇航員、航天器的保護要求非常嚴格，普通材料無法適應惡劣條件，因此，需要特殊材料進行保護。美國和前蘇聯(lián)科學家首先研制出相變材料，使得宇航員的服裝、返回艙外殼等得以應用。該技術一直處于壟斷地位。我國進入21世紀以來，經(jīng)過科學家的不斷努力，已經(jīng)克服了關鍵技術部分，開始進行實際運用。

建筑

相變材料引用到建筑，是建筑領域革命性發(fā)展。主要作用結(jié)果是節(jié)能，可以達到節(jié)能60%-99%。以北方采暖為例，使用相變材料，按照100平米的房屋為測量單位計算，一個采暖季的用電量只有10度左右。相變材料應用于電采暖行業(yè)，是傳統(tǒng)電采暖邁向節(jié)能電采暖的革命性轉(zhuǎn)變，相變熱電暖器就是其中代表產(chǎn)品，相對傳統(tǒng)電暖器可節(jié)能60%-70%。

服裝

在服裝領域，使用相變材料，將相變材料植入纖維中，可以極大的改變?nèi)藗兊纳钯|(zhì)量，不使用任何能源，可以讓普通衣服變成微空調(diào)。

制冷設備

傳統(tǒng)制冷設備，如空調(diào)、冷藏車、冷庫，均是采取壓縮機制冷技術進行制冷，不僅耗電，而且不環(huán)保。采用相變技術，可以替代壓縮機進行制冷，節(jié)能60%以上。

軍事

一旦裝備部隊，將是相變材料一重大貢獻。軍車、軍人服裝、艦船、飛機、坦克、潛艇等軍事各個方面，均是相變材料運用的重要領域，可以極大的提高戰(zhàn)斗力和防護持久能力。

通訊、電力

在通訊、電力等設備箱（間）降溫方面，相變材料可以節(jié)省設備成本75%以上。在通訊領域，已經(jīng)廣泛應用于通訊基站的機房、電池組間，使傳統(tǒng)的一年壽命的設備可以延長到4年或更多。

相變材料選擇方法

應具備的特點

用于建筑圍護結(jié)構的相變建筑材料的研制，選擇合適的相變材料至關重要，應具有以下幾個特點：（1）熔化潛熱高，使其在相變中能貯藏或放出較多的熱量；（2）相變過程可逆性好、膨脹收縮性小、過冷或過熱現(xiàn)象少；（3）有合適的相變溫度，能滿足需要控制的特定溫度；（4）導熱系數(shù)大，密度大，比熱容大；（5）相變材料無毒，無腐蝕性，成本低，制造方便。
在實際研制過程中，要找到滿足這些理想條件的相變材料非常困難。因此，人們往往先考慮有合適的相變溫度和有較大相變潛熱的相變材料，而后再考慮各種影響研究和應用的綜合性因素。

存在問題研究

現(xiàn)存的問題主要在相變儲能建筑材料耐久性以及經(jīng)濟性方面。耐久性主要表現(xiàn)三個方面：相變材料在循環(huán)過程中熱物理性質(zhì)的退化問題；相變材料易從基體的泄漏問題；相變材料對基體材料的作用問題。

相變材料的品牌

2019國內(nèi)外十大相變材料品牌是美國貝格斯Bergquist，美國萊爾德Laird，美國3m，美國派克固美麗Parker Chomerics，美國道康寧Dowcorning，DENK日本電氣化學，日本富士高分子Fujipoly，日本信越ShinEtsu，深圳三一，深圳華能智研。

相變材料在建筑中的相變技術

相變材料在發(fā)生相變的過程中會隨著環(huán)境溫度的變化吸收或放出熱能，從而達到控制環(huán)境溫度變化的效果。利用這種材料構筑建筑圍護結(jié)構，能使建筑供暖或空調(diào)能耗降低、減小空氣處理設備容量，同時可使空調(diào)或供暖系統(tǒng)利用夜間廉價電運行，降低其運行費用。
相變材料的研究方向主要在于相變材料與基材料的復合，目前相變材料植入建筑材料中的方式主要有三種：
一是：將相變材料直接摻入建筑材料制得相變儲能材料。這種方法成本低廉，但容易發(fā)生化學反應從而影響材料性能。
二是：將建筑材料直接浸泡在相變材料中制得。這種方法同樣工藝簡單，例如Chahroudi 曾用此法制備了相變儲能混凝土。
三是：膠囊包裹方式制得，可分為微膠囊包裹和大體積包裹。其中微膠囊包裹指微小的球形或棒狀相變材料顆粒被高分子材料薄膜包裹，如此形成的復合結(jié)構可以被摻入到其他的基體材料中去。大體積包裹指的是將相變材料顆粒封裝在管子、袋子、面板或其他容器中，直接植入建筑材料或者其他建筑制品中。這類方法制備工藝相對比較復雜，成本過高。