相變材料的研究及應(yīng)用

侯耀峰 陳軒偉 張祎倩（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建龍海 363112）

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相變材料的研究及應(yīng)用

侯耀峰 陳軒偉 張祎倩
（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建龍海 363112）

【摘要】從上個世紀(jì)70年代能源危機(jī)引發(fā)的全球危機(jī)以來，環(huán)境污染的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，世界發(fā)達(dá)國家開始研究能源開發(fā)技術(shù)來提高能源利用率，而相變材料在能源利用率方面得到了很多應(yīng)用，是能源利用及保護(hù)環(huán)境的一個重要研究方向。相變材料的研究及應(yīng)用可以幫助緩解現(xiàn)今能源供給與需求之間的矛盾，在能源、建筑、紡織服裝、溫室種植等方面都有著很大的應(yīng)用前景［1］，是現(xiàn)代重點(diǎn)研究的一個領(lǐng)域。本文介紹了相變材料的研究背景，然后列出了以聚乙二醇，水，膨脹石墨的混合液體為樣進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程，得出結(jié)論確定了這種混合液體的儲能性能。

【關(guān)鍵詞】能源 太陽能 相變材料

1 研究背景

隨著社會的不斷發(fā)展、現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，人類生活對能源的需求更加廣泛，從某些方面而言，現(xiàn)代人類生活的方方面面已經(jīng)離不開能源的存在。因此，能源開發(fā)、能源技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為了一個全世界、全人類一同關(guān)心的重要問題。自然界中的能源在人類的不斷開發(fā)下已經(jīng)不再充裕，而天然能源的不可再生性使得人類必須尋求新的能源，發(fā)展新的能源開發(fā)技術(shù)來替代非再生能源?？茖W(xué)發(fā)展觀思想，是中國政府加快發(fā)展現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)思想，中國堅持節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的基本國策，貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)創(chuàng)新型社會，為維護(hù)世界能源安全發(fā)揮了重要的作用。

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，通常會有大量的反應(yīng)熱量未能得到利用就浪費(fèi)，而在需要供應(yīng)熱量的反應(yīng)中又有大量的余熱被損失，這些都是在化學(xué)反應(yīng)中我們希望避免的現(xiàn)象，因此，我們需要找尋一種材料，這種材料能隨著溫度的變化而改變物質(zhì)狀態(tài)并提供潛熱，即當(dāng)反應(yīng)時，材料能將這些沒有利用的熱量或冷量儲存起來，當(dāng)反應(yīng)需要時再將其釋放出來，這種材料，我們稱其熱儲能材料。幾十年來，人們對熱能儲存材料的廣泛研究已經(jīng)使這種材料得到大量應(yīng)用，并逐漸成為了一種重要的新型材料。

當(dāng)今困擾人類的環(huán)境問題中，全球變暖問題越來越突出，節(jié)能減排已經(jīng)成為了社會建設(shè)的一大重點(diǎn)審查方面，因此我們必須加速新能源的開發(fā)及應(yīng)用。目前，冬天在北方地區(qū)采取的是集中供暖的政策，這是出于北方的寒冷氣候、能源狀況及居民生活習(xí)慣等因素而實(shí)施的，而南方地區(qū)卻沒有實(shí)施這一政策，主要是因?yàn)槟戏蕉居谐渥汴柟?，氣候較北方溫暖，經(jīng)全方位審核尚不需要集中供暖，而且一旦南方也采取集中供暖的政策，國家每年的能耗將大大增加，二氧化碳、二氧化硫及煙塵排放量也將急劇上升，環(huán)境污染將進(jìn)一步加劇。因此對于南方居民來說，更現(xiàn)實(shí)的選擇是采取其他的供暖方式，而在現(xiàn)今的眾多取暖方式中，太陽能地暖供熱系統(tǒng)成為了首選，太陽能是一種可再生能源，采用這種方式的取暖，既節(jié)省了資源又保護(hù)了環(huán)境［2］。在相變材料研究中，我們初步確定乙二醇，水，膨脹石墨的混合液體具有這種優(yōu)于水的性能，通過一系列實(shí)驗(yàn)，我們將驗(yàn)證這一事實(shí)，從而能將這種混合液體用于太陽能地暖供熱系統(tǒng)中。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

相變材料聚乙二醇（PEG），水，相變材料膨脹石墨（EG）。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）相變材料聚乙二醇（PEG）含量10%的水溶液（體積200ml），其中聚乙二醇分子式為：HO（CH2CH2O）nH，分子質(zhì)量為6000。熔點(diǎn)為57°C。羥值為15—20之間。粘度為12—16之間。放于燒杯之中。將燒杯放于60°C的水浴內(nèi)加熱。室溫20.3°C（見表1）。

（2）相變材料聚乙二醇（PEG）含量10%的水溶液（體積200ml），其中聚乙二醇分子式為：HO（CH2CH2O）nH，分子質(zhì)量為6000。熔點(diǎn)為57°C。羥值為15—20之間。粘度為12—16之間。加熱至60°C后的散熱時間：（見表2）

（3）相變材料聚乙二醇（PEG）含量20%的水溶液（體積200ml），其中聚乙二醇分子式為：HO（CH2CH2O）nH，分子質(zhì)量為6000。熔點(diǎn)為57°C。羥值為15—20之間。粘度為12—16之間。放于燒杯之中。將燒杯放于60°C的水浴內(nèi)加熱。室溫20.3°C（見表3）。

（4）相變材料聚乙二醇（PEG）含量20%的水溶液（體積200ml），其中聚乙二醇分子式為：HO（CH2CH2O）nH，分子質(zhì)量為6000.熔點(diǎn)為57°C。羥值為15—20之間。粘度為12—16之間。加熱至60°C后的散熱時間：（見表4）

（5）相變材料膨脹石墨（EG）含量10%的水溶液（體積200ml），其中膨脹石墨的型號為KD9950200放于燒杯之中。將燒杯放于60°C的水浴內(nèi)加熱。室溫20.3°C（見表5）。

（6）相變材料膨脹石墨（EG）含量10%的水溶液（體積200ml），其中膨脹石墨的型號為KD9950200放于燒杯之中。燒杯加熱至°C后進(jìn)行散熱（見表6）。

（7）相變材料膨脹石墨（EG）含量20%的水溶液（體積200ml），其中膨脹石墨的型號為KD9950200放于燒杯之中。將燒杯放于60°C的水浴內(nèi)加熱。室溫20.3°C（見表7）。

（8）相變材料膨脹石墨（EG）含量10%的水溶液（體積200ml），其中膨脹石墨的型號為KD9950200放于燒杯之中。燒杯加熱至60°C后進(jìn)行散熱。室溫20.3°C（見表8）。

（9）水溶液200ml，放于燒杯之中。將燒杯放于60°C的水浴內(nèi)加熱。室溫20.3°C（見表9）。

（10）水溶液200ml，放于燒杯之中。燒杯加熱至60°C后進(jìn)行散熱。室溫20.3°C（見表10）。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過以上實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論：相變材料聚乙二醇相較于水而言，吸熱過程較慢，同樣散熱過程也較慢，且相變材料聚乙二醇的熔點(diǎn)為57°C。當(dāng)溫度達(dá)到57°C時發(fā)生相變。相變材料膨脹石墨相比水來說，吸熱過程較快，散熱也較快。而當(dāng)這三種溶液混合后，能較好的達(dá)到吸熱過程比較快，同時散熱過程較慢的的效果。經(jīng)過多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)聚乙二醇13%膨脹石墨9%為三種溶液的最佳配比。

太陽能是一種可再生能源，且綠色無污染，是一種較為重要的能源，被認(rèn)為擁有較好的應(yīng)用與發(fā)展前景。但太陽能不具備穩(wěn)定性：在夜間無輻射，且在不同的天氣、時間、季候都將有不同的輻射量，因此，專家一直致力于太陽能的儲存及釋放。而相變儲能材料卻能在太陽能的研究中得到利用。本論文所驗(yàn)證的相變材料聚乙二醇，水，膨脹石墨的混合液體就可很好的應(yīng)用在太陽能地暖供熱系統(tǒng)中。除此之外，這一相變材料還擁有廣闊的應(yīng)用前景，值得更多研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］張靜，丁益民，陳念貽.相變儲能材料的研究及應(yīng)用［J］.鹽湖研究，2005，03：52-57+21.

［2］周建偉，劉星.相變儲能材料的研究及應(yīng)用新進(jìn)展［J］.河南化工，2007，10：7-10.