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月桂酸—癸酸相变材料的导热性研究

作者：罗宇飞

来源：《中国高新技术企业》2013年第04期

摘要：文章对相变材料的种类特性以及应用做了相关研究，并且由月桂酸-癸酸按一定比例制成脂肪酸相变材料。相变材料相变温度和相变潜热随着相变材料摩尔组成的变化而变化；脂肪酸相变材料的导热系数和其相变温度呈反比关系；硅藻土的掺入改善了相变材料的传热性能。相关研究为利用其制成相变储能建筑材料提供了依据。

关键词：相变材料；导热系数；脂肪酸；硅藻土；相变储能建筑材料 中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0007-03 1 相变材料

相变材料（Phase Change Materials，PCMs）在发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境释放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的。相变是物质集态或组成的变化。相变的形式有以下四类：（1）固-固相变；（2）固-液相变；（3）液-汽相变；（4）固-汽相变。虽然固-固相变的潜热较小，但固-固相变由于体积变化小，对容器要求低（容器密封度、强度无需很高），可以直接加工成任意形状，是实际应用中希望采用的相变类型。利用相变材料的相变潜热来实现能量的贮存和利用，有助于开发环保节能型的相变复合材料，是近年来材料科学和能源利用领域中一个活跃的学科前沿。

目前，相变材料在建筑领域的应用已经成为重要的利用途经之一，预计在今后相当一段时间里，相变储能建筑材料在环境材料和建筑节能等领域都将扮演极其重要的角色。

以月桂酸（Lauric acid，LA）和癸酸（Capric acid，CA）作为研究的相变材料，通过混合熔融的方法制备不同摩尔比例的混合脂肪酸相变材料，形成二元低共熔体系，降低材料的熔点，得到熔化温度范围较宽、性能稳定的相变材料。测试了不同摩尔比例相变材料的导热系数，对同一摩尔比例相变材料不同温度下的导热系数和复合相变材料不同温度下的导热系数等热物理性能进行了测试，研究了硅藻土的加入对相变材料导热系数的影响。 2 相变过程特性

相变材料的相变过程是结晶和熔化过程，对结晶和熔化过程的分析是进行相变材料相关研究的基础。相变材料的结晶过程分三个步骤：诱发阶段、晶体生长阶段和晶体再生阶段。在诱发阶段，晶核初步形成并生长至稳定临界尺寸以上。在晶体生长阶段，晶核周围的相变材料通过扩散吸附在晶核表面，生长成具有一定几何结构的晶体。随着晶体生长的逐渐完成，结晶速度放慢。在晶体再生阶段，虽然相变材料已完成凝固，但由于晶体内部仍有相对运动，晶体的形状和大小仍发生改变，此时热迁移速率低，晶体生长速率高。因此，相变材料的结晶和熔化