相变材料降温原理

逃生舱和硐室是煤矿井下避险的重要手段,当矿难发生时,井下作业人员可以快速进入此类安全设备,但由于没有换热空间和足够的电力供给,硐室和逃生舱内的控温问题变得尤为重要。相变材料利用常态时蓄积的冷量在紧急时刻自动控制环境温度,得到很多专家的认可。

逃生舱和硐室是煤矿井下避险的重要手段,当矿难发生时,井下作业人员可以快速进入此类安全设备,但由于没有换热空间和足够的电力供给,硐室和逃生舱内的控温问题变得尤为重要。相变材料利用常态时蓄积的冷量在紧急时刻自动控制环境温度,得到很多专家的认可。

逃生舱和硐室是煤矿井下避险的重要手段,当矿难发生时,井下作业人员可以快速进入此类安全设备,但由于没有换热空间和足够的电力供给,硐室和逃生舱内的控温问题变得尤为重要。相变材料利用常态时蓄积的冷量在紧急时刻自动控制环境温度,得到很多专家的认可。

逃生舱和硐室是煤矿井下避险的重要手段,当矿难发生时,井下作业人员可以快速进入此类安全设备,但由于没有换热空间和足够的电力供给,硐室和逃生舱内的控温问题变得尤为重要。相变材料利用常态时蓄积的冷量在紧急时刻自动控制环境温度,得到很多专家的认可。

逃生舱和硐室是煤矿井下避险的重要手段,当矿难发生时,井下作业人员可以快速进入此类安全设备,但由于没

固态相变原理

1、相变的基础理论涉及三个方面的共性问题：

1） 2） 3）

相变能否进行，相变的方向 相变进行的途径及速度

相变的结果，即相变时结构转变的特征。

分别对应相变热力学、相变动力学和相变晶体学。 相变是朝着能量降低的方向进行；

相变是选择阻力最小、速度最快的途径进行；

相变可以有不同的终态，但只有最适合结构环境的新相才易于生存下来。 2、固态相变的特殊性

（相界面、弹性应变能、位向关系与惯习面、亚稳过渡相、原子迁移率、晶体缺陷）。

固态相变除满足热力学条件外，还须获得额外能量来克服晶格改组时原子间的引力，即存在相变势垒。相变势垒由激活能决定，也与是否有外加机械应力有关。 3、相变驱动力和相变阻力

驱动力：体积自由能，来自晶体缺陷（点，线，面缺陷）的储存能。 储存能由大到小的排序：界面能，线缺陷，点缺陷。

界面能中界隅提供的能量最大，但体积分数小，界棱次之，界面最小，但体积分数最大。

相变阻力是界面能和弹性应变能。

弹性应变能与新旧相的比容差和弹性模量，及新相的几何外形有关。从能量的角度来看：共格界面的弹性应变能最大，非共格界面的界面能最大。球形新相界面能最小，但应变能最大，圆盘状新相相反，针状新相居中。 4、长大方式

新相晶核的长

固态相变原理

1、相变的基础理论涉及三个方面的共性问题：

1） 2） 3）

相变能否进行，相变的方向 相变进行的途径及速度

相变的结果，即相变时结构转变的特征。

分别对应相变热力学、相变动力学和相变晶体学。 相变是朝着能量降低的方向进行；

相变是选择阻力最小、速度最快的途径进行；

相变可以有不同的终态，但只有最适合结构环境的新相才易于生存下来。 2、固态相变的特殊性

（相界面、弹性应变能、位向关系与惯习面、亚稳过渡相、原子迁移率、晶体缺陷）。

固态相变除满足热力学条件外，还须获得额外能量来克服晶格改组时原子间的引力，即存在相变势垒。相变势垒由激活能决定，也与是否有外加机械应力有关。 3、相变驱动力和相变阻力

驱动力：体积自由能，来自晶体缺陷（点，线，面缺陷）的储存能。 储存能由大到小的排序：界面能，线缺陷，点缺陷。

界面能中界隅提供的能量最大，但体积分数小，界棱次之，界面最小，但体积分数最大。

相变阻力是界面能和弹性应变能。

弹性应变能与新旧相的比容差和弹性模量，及新相的几何外形有关。从能量的角度来看：共格界面的弹性应变能最大，非共格界面的界面能最大。球形新相界面能最小，但应变能最大，圆盘状新相相反，针状新相居中。 4、长大方式

新相晶核的长

1. 相变及相变存储的原理：

物质在一种相态（或物态，简称相）下拥有单纯的化学组成和物理特质。相变指一种物质从一种相转变为另一种相的过程，随着物质相的改变，其物理、化学性质也随之改变。同时相变是由于有序和无序两种倾向的相互竞争，相互作用引起有序，热运动造成无序，不同相态下的同一种物质能量各异，所以相变的过程伴随着能量的改变。通常气体和液体分别只有一种相即气相、液相。而对于固体，不同点阵结构的物理性质不同，分属不同的相，因此同一固体可以有不同的相。如铁有a铁、β铁、γ铁和δ铁4个固相；固态硫有单斜晶硫和正交晶硫两相；碳有金刚石和石墨两相等。

相变材料在不同相下呈现无序和有序两种状态，此时其电阻值有明显差异，所以可以利用这种差异来表示数据存储的“0”和“1”。在非晶态时材料表现为半导体性，其电阻值高；在晶态时，其电阻值低。(Crespi L, Ghetti A, Boniardi M, Lacaita A L. Electrical conductivity at melt in phase change memory. Electron Device Letters, IEEE, 2014, 7:747-749.)

2. 相变存储器的工作原理和

相变储能材料的研究

摘要：相变储能材料对于能源的开发和合理利用具有重要的意义，在太阳能利用及工业余热回收方面有显著的优点。综述了固—固相变，固—液相变储能材料的特性及应用，及它们的优缺点。探讨了这方面的发展方向，展望了储能技术市场化应用的前景。

关键词：相变材料 储能 固—固相变 固—液相变

引言：今年来，相变储能材料成为了国内外研究的热点，相变储能技术可以解决能量问题，能提高能源的利用率。相变储能材料是指在其物相的变化中可以从环境中吸收或放出热量，从而达到储能和释放能量的目的。利用此性质，可以在太阳能，工业余热，电力的“移峰填谷”与民用的建筑及空调的节能领域制造出各种提高能源利用率的设施。同时由于在相变的过程中，温度的几乎恒定，因此也可以用于调节周围环境的温度，并且可以反复使用。由于相变材料的应用十分广泛，它已成为人们日益重视的新型材料。

相变储能材料根据相变形式、相变过程主要分为固—固相变、固—液相变储能材料。按相变温度范围分为高温、中温、低温储能材料。通常相变储能材料是由多组分组成的，包括主储热剂，变相点调整剂、防过冷剂、防相分离剂、相变促进剂等。

固—固相变储能材料

目前开发的固—固相变储能材料中，多元醇在实际应用中较多。这类相

非直接接触

为了提高热导率，相变材料装在浅而大的盘状容器中；也可以将PCM装入有导热流体包围的小圆柱管中；或者是壳管换热器的壳中。

部分填充PCM的蜂窝结构，以及将PCM置于球状的塑料容器中（即相变胶囊），很好的解决了相变时体积变化导致泄漏、导热面积减小引起热阻增大的问题。 组合相变材料

直接接触的换热器 固—固相变材料

水和盐与不溶流体的使用，扰动解决了PCM的过冷和相隔离的问题，而且微/纳胶囊较大的面积/体积比，使得导热率加强。

材料在固态、液态、气态中发生转变的过程叫做相变。材料在相变过程中，会放热或者吸热，而物体会维持恒温。而这种特性为我们热控制带来了福音。

相变材料是由多组分构成的,包括主储剂、相变点调整剂、防过剂、防相分离剂、相变促进

剂组分。

相变材料的分类：

按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。

按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐（可逆性不好）、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。（多种相变材料混合可以获

非直接接触

为了提高热导率，相变材料装在浅而大的盘状容器中；也可以将PCM装入有导热流体包围的小圆柱管中；或者是壳管换热器的壳中。

部分填充PCM的蜂窝结构，以及将PCM置于球状的塑料容器中（即相变胶囊），很好的解决了相变时体积变化导致泄漏、导热面积减小引起热阻增大的问题。 组合相变材料

直接接触的换热器 固—固相变材料

水和盐与不溶流体的使用，扰动解决了PCM的过冷和相隔离的问题，而且微/纳胶囊较大的面积/体积比，使得导热率加强。

材料在固态、液态、气态中发生转变的过程叫做相变。材料在相变过程中，会放热或者吸热，而物体会维持恒温。而这种特性为我们热控制带来了福音。

相变材料是由多组分构成的,包括主储剂、相变点调整剂、防过剂、防相分离剂、相变促进

剂组分。

相变材料的分类：

按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。

按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐（可逆性不好）、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。（多种相变材料混合可以获

非直接接触

为了提高热导率，相变材料装在浅而大的盘状容器中；也可以将PCM装入有导热流体包围的小圆柱管中；或者是壳管换热器的壳中。

部分填充PCM的蜂窝结构，以及将PCM置于球状的塑料容器中（即相变胶囊），很好的解决了相变时体积变化导致泄漏、导热面积减小引起热阻增大的问题。 组合相变材料

直接接触的换热器 固—固相变材料

水和盐与不溶流体的使用，扰动解决了PCM的过冷和相隔离的问题，而且微/纳胶囊较大的面积/体积比，使得导热率加强。

材料在固态、液态、气态中发生转变的过程叫做相变。材料在相变过程中，会放热或者吸热，而物体会维持恒温。而这种特性为我们热控制带来了福音。

相变材料是由多组分构成的,包括主储剂、相变点调整剂、防过剂、防相分离剂、相变促进

剂组分。

相变材料的分类：

按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。

按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐（可逆性不好）、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。（多种相变材料混合可以获

高温相变材料的研究进展和应用

摘要：随着全球性能源与环境的不断恶化，能源充分利用和新能源开发成为业界

关注的重点。相变储热是利用相变材料在其物相变化过程中从环境吸收热(冷)量或向环境释放热(冷)量，从而达到能量的储存或释放的目的，并能与新能源结合应用。分析了高温相变材料的种类和各自特点，介绍了其在各行各业的应用情况，并对高温相变材料的未来发展进行了展望。

关键词：相变材料；储热材料；相变 1引言

物质相变过程是一个等温或近似等温过程，在这个过程中伴随有能量的吸收或释放。相变储热是利用相变材料在其相变过程中，从环境吸收或释放热量，达到储能或放能的目的。高温相变材料具有相变温度高，储热容量大，储热密度高等特点，它的使用能提高能源利用效率，有效保护环境，目前已在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、余热或废热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域得到了广泛的应用。现阶段 ,人们关心比较多的新能源是太阳能 ,但是太阳能利用和废热回收存在时间和空间上的不匹配的问题。相变储能材料可以从环境中吸收能量和向环境释放能量 ,较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾 ,有效地提高了能量的利用率。同时相变储能材料在相变过程中温度基本上保持恒定 ,能够用于调

合金中的扩散与相变习题（相变部分）

1. 名词解释

形核驱动力、相变驱动力，调幅分解、惯析面、连续脱溶、不连续脱溶、热弹性马氏体。

2（1）如果不考虑畸变能，第二相粒子在晶内析出是何形态？在晶界析出呢？（2）如果不

考虑界面能，析出物为何种形态？是否会在晶界优先析出呢？

3 已知?、?、?、?相的自由能-成分曲线如图所示，

G γ 从热力学角度判断浓度为C0的?相及?相应析出的相，

δ

并说明理由，同时指出在所示温度下的平衡相（稳定相） α

β 及其浓度。

4 指出固溶体调幅分解与形核分解两之间的的主要区别。

C0 B A

5 假设将0.4%C的铁碳合金从高温的单相γ状态淬到

750℃时，从过冷γ中析出了一个很小的α晶核.试回答:

(1) 在Fe-Fe3C相图下方,作出α、γ、Fe3C在750℃的自由能-成分曲线。 (2) 用作图法求出最先析出晶核的成分，并说明之。

‘’

6 沉淀相θ呈圆盘状，厚度为2.0 nm，其失配度δ约为10%。已知弹性模量E=7×1010Pa，共格界面因失配而造成的一个原子应变能为?V?3VE?2（V为一个原子所占体积）。今假2‘’

设共格破坏后的非共格界面能为0.5J/m2，求共格破坏时θ

圆盘的直径。