納米技術(shù)在相變儲熱領(lǐng)域的應(yīng)用

1、1=1 U *= ALLlHJ71rXttW納米技術(shù)在相變儲熱領(lǐng)域的應(yīng)用李建立，薛平(北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100029)摘要：微膠囊相變材料粒徑較大，耐熱性、致密性和強(qiáng)度較差，使用中會岀現(xiàn)囊壁破裂、堵塞循環(huán)泵孔道等問題； 微米級定形相變材料的界面結(jié)合強(qiáng)度不高，使用中會發(fā)生液相滲岀、熱物理性質(zhì)退化等問題。納米膠囊相變材料壁 材致密、耐熱溫度和機(jī)械強(qiáng)度較高，其大的比表面積可顯著提高儲/放熱速率；納米復(fù)合相變材料潛熱大，界面結(jié)合牢固、力學(xué)性能好，能避免液相滲漏，使用效果好。納米金屬、合金、氧化物等與同類粗晶材料相比，熔點較低、 比熱較大、光熱轉(zhuǎn)換效率高，可直接用作高溫相變材料。納米技術(shù)用

2、于相變儲熱領(lǐng)域可改善相變材料性能、增加高 溫相變材料種類、拓展應(yīng)用范圍。關(guān)鍵詞：相變儲熱；納米膠囊相變材料；納米復(fù)合相變材料；納米高溫相變材料中圖分類號：TK02Applicati on of Nano tech no logy in PhaseChange Heat StorageLi Jian-li, Xue Ping(College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical and Technology ，Beijing 100029 )Abstract:Microencapsulat

3、ed phase change materials (PCMs) with relatively big diameter , poor compactness,low heatresistance and weak strength can lead to micro-capsule rupture and circulating pump s drill way plugging in application.Interfacial bonding of micron form stable PCMs is weak, which causes leakage of liquid phas

4、e and thermophysical properties degradation. Nano-capsule PCMs are of good compactness, high heat resistance and satisfactory strength of the wall. The huge specific area improves heat storage and heat release. Nano-composite PCMs show big latent heat, firm interfacial conjugation with parent materi

5、als and excellent mechanical behaviours. Therefore, liquid phase leakage is avoided and better using effect is achieved. In comparison with corresponding bulk materials, nano-metal ,nano-alloy and nano-oxide can be directly used as high temperature PCMs because of their low melting point, high speci

6、fic heat and photo-thermal transferefficiency. Application of nanotechnology in phase change heat storage can improve PCMs performance, enrich species chigh temperature PCMs and extend the application fields.Keywords:phase change heat storage; nano-capsule phase change materials; nano-composite phas

7、e change materials;nano high temperature phase change materials相變儲熱技術(shù)是指利用相變材料(phase change materials, PCMs)在一定溫度范圍內(nèi)，發(fā)生相態(tài)變化或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時要吸/放大量的熱，來進(jìn)行熱能的儲存、運(yùn)輸及可控釋放的技術(shù)。其特點是儲熱密度 大、儲/放熱過程在近于恒溫條件下進(jìn)行、儲/放熱速率具有可控性。相變儲熱技術(shù)自上世紀(jì)70年代石油危機(jī)后進(jìn)入快速發(fā)展期，經(jīng)過30多年的發(fā)展，到上世紀(jì)末，開始轉(zhuǎn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，成熟的相變材料單體產(chǎn)品、高熱容復(fù)合材料和相變儲熱系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大到紡織、建 筑

8、、航空航天、軍事、低溫運(yùn)輸、工業(yè)熱交換、廢熱利用等領(lǐng)域。但到目前為止，相變儲熱技術(shù)還 沒能廣泛推廣，其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點還遠(yuǎn)沒有充分發(fā)揮出來。制約相變儲熱技術(shù)發(fā)展的主要因素之一 是高性能、低成本相變材料的缺乏。納米技術(shù)的迅速發(fā)展為高性能相變材料的研究提供了一條新途 徑。納米技術(shù)的核心是納米材料的研制。納米材料是指尺度在納米級(1100 nm)的任何類型的材料，如金屬、氧化物、聚合物、半導(dǎo)體、玻璃、復(fù)合材料等。納米材料具有非常顯著的體積效應(yīng)和表面作者簡介：李建立(1979-)，男，河南省焦作市人，機(jī)械設(shè)計及理論專業(yè)，現(xiàn)從事節(jié)能建筑材料的研究email:2006080095.1效應(yīng)，因而展現(xiàn)出與微米顆

9、粒顯著不同的性質(zhì)。自20世紀(jì)90年代以來，一直是材料科學(xué)研究的熱點之一，在陶瓷、電子、光學(xué)、能量儲存與轉(zhuǎn)換、材料的增強(qiáng)和增韌、生物和傳感器等領(lǐng)域都具有 廣泛用途2-3。用納米技術(shù)制備相變材料，可改善微米級相變材料的力學(xué)、熱學(xué)性能，提高復(fù)合相變 材料的潛熱及使用壽命。禾U用粗晶物質(zhì)納米化之后表現(xiàn)出的一些特殊性質(zhì)，比如熔點降低、比熱容 增大、光熱轉(zhuǎn)換率提高等，進(jìn)行高性能相變材料的開發(fā)、篩選，也是一個值得關(guān)注的方向。本文綜 述了納米技術(shù)在開發(fā)高性能相變材料及拓展相變材料應(yīng)用范圍兩方面的應(yīng)用。1納米相變材料按使用溫度，相變材料分為中低溫相變材料（相變溫度小于150 C ）和高溫相變材料（相變溫度大于1

10、50C ）兩大類。中低溫相變材料主要包括石蠟、脂肪酸、多元醇、結(jié)晶水合鹽、共晶鹽等。在實 際使用中，為克服液態(tài)相變材料滲漏、增加其熱循環(huán)穩(wěn)定性、提高儲/放熱速率，常常將中低溫相變材料做成微膠囊和定形相變材料等形式。高溫相變材料包括金屬、合金、金屬氧化物、熔融鹽等， 主要用于小功率電站、太陽能發(fā)電、工業(yè)余熱回收等方面，使用時需要高成本的容器進(jìn)行封裝。天然的相變材料其相變溫度或潛熱往往不夠理想，需要多種相變材料混配來達(dá)到使用要求，而多種 材料混配會降低各組分材料的性能。這些問題增加了相變儲熱技術(shù)研究的難度，限制了其推廣應(yīng)用。利用不同的納米材料制備技術(shù)，可以減小膠囊型相變材料的尺寸，改進(jìn)囊壁的強(qiáng)度、

11、致密性和耐熱 性，提高定型相變材料的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度以及制備新型高溫相變材料，獲得納米膠囊相變材料、納米復(fù) 合相變材料和納米高溫相變材料。1.1納米膠囊相變材料納米膠囊相變材料的研究始于本世紀(jì)初。Cho等采用界面聚合法合成了囊心為正十八烷的聚脲納米相變膠囊，直徑接近1 g。Momoda5報道了以花生酸、三羥甲基乙烷等相變材料為囊心，有機(jī)硅高聚物為囊壁的納米膠囊，可用于燃料電池內(nèi)液。Hawlader等將石蠟在10,000rpm條件下乳化于10 %的明膠溶液中，并與 10 %的阿拉伯膠溶液攪拌混合均勻，在25,000 rpm速度下以20mL/min的速度對混合溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到了粒徑在0. 2 pm

12、左右，石蠟含量為50 wt.%的納米膠囊。Maria等7以短鏈脂肪酸為芯材，阿拉伯膠和麥芽糖糊精為囊壁制備了膠囊型相變材料，由于乳化不均勻 導(dǎo)致產(chǎn)物粒徑分布較寬，在0.05550 pm之間。Luo等8用細(xì)乳液聚合法合成了以石蠟為囊心、聚苯乙烯為囊壁的膠囊，平均粒徑為100nm。Park9等用細(xì)乳液聚合法合成了以石蠟為核、聚苯乙烯為殼的球形納米膠囊，潛熱可達(dá)145J/g。樊耀峰等10以環(huán)已烷和正十八烷為囊心，用原位聚合法合成了三聚氰胺-甲醛樹脂為囊壁的納米相變膠囊（平均粒徑為0.75-0.77 pm,囊壁耐熱溫度可達(dá) 215C ）,并研究了熱處理溫度和時間對其表 觀形貌、相變性質(zhì)及耐熱性的影響。

13、該文指出：熱處理可有效去除膠囊中所添加的環(huán)己烷，為囊心 的熱膨脹預(yù)留空間，并可促進(jìn)囊壁的交聯(lián)，提高膠囊的耐熱性。Zha ng等11-13用原位聚合法分別合成了囊心為正十八烷、正十九烷和正二十烷的微膠囊，囊壁是尿素-三聚氰胺-甲醛聚合物。當(dāng)乳化聚合階段的攪拌速度分別為6000rpm和10,000rpm時，所得微膠囊的粒徑分別在0.36.4 pm和0.41.1 pm之間，最小可達(dá) 0.2呵。他們針對平均粒徑減小、升/降溫速率增加會導(dǎo)致過冷度增大的現(xiàn)象，選擇了相應(yīng)的成核齊購在芯材中加入10wt.%的成核劑1-octadecanol，以9000rpm的乳化聚合階段攪拌速度得到正十八烷微膠囊，以10C/

14、min升/降溫時，可將其最大過冷度由26C減小到12C。方玉堂等14采用超聲波工藝及細(xì)乳液原位聚合方法，制備了以聚苯乙烯為囊壁、正十八烷為囊心的納米相變膠 囊，其Z均直徑為124nm,相變焓可達(dá) 124.4 J/g。在微膠囊壁膜里加入納米粒子可改善其機(jī)械強(qiáng)度和密封性。時雨荃等15以正十四烷為芯材，脲醛樹脂為壁材，采用原位聚合法制備出納米TiO2填充壁膜微膠囊，使囊壁的機(jī)械強(qiáng)度和密封性分別提高了 24.5%和62%。納米TiO2微粒可能會嵌在微膠囊膜的微孔之中，減小微孔的尺寸或減少微孔 的數(shù)目，從而增強(qiáng)囊膜的密封性。剛性納米TiO2微粒與聚合物肌體良好的界面作用在外力下產(chǎn)生應(yīng)力集中，可阻止銀紋進(jìn)

15、一步發(fā)展為裂縫，從而增強(qiáng)了微膠囊的機(jī)械強(qiáng)度。Song等16用原位聚合法制#a匸ib8 rmfflKKiP VH=Srp-ifi i -a w i 云r備了氨基樹脂為殼材、溴代十六烷（bromo-hexadecane,熔點16-18C ）為芯材的微膠囊相變材料，并用同樣的方法，制備了殼材中含有少量球形納米銀粒子（粒徑在4060nm之間，質(zhì)量含量為芯材的3%）的微膠囊。他們將等量的兩種微膠囊在130 C （模擬調(diào)溫纖維的生產(chǎn)過程 ）環(huán)境中熱處理 50min ,計算出普通微膠囊的失重率為32%，添加納米銀粒子之后為15%，顯著減小。說明在壁材中添加納米銀粒子可以明顯改善微膠囊的耐熱性。1.2納米復(fù)合

16、相變材料1.2.1 吸附法將有機(jī)相變材料與無機(jī)物進(jìn)行納米尺度上的復(fù)合，包括在有機(jī)基質(zhì)上分散無機(jī)納米微粒和在納 米材料中添加有機(jī)物。納米復(fù)合相變材料既利用無機(jī)物具有的高熱導(dǎo)率提高了有機(jī)相變材料的導(dǎo)熱 性能，又利用納米材料具有的巨大比表面積和界面效應(yīng)，使有機(jī)相變材料在發(fā)生相變時不會從無機(jī) 物的三維納米網(wǎng)絡(luò)中析出，解決了有機(jī)相變材料高溫?fù)]發(fā)和直接應(yīng)用時存在的泄漏問題，具有較高 的導(dǎo)熱性和穩(wěn)定性17-18。Levitsky將對水有物理吸附作用的硅膠與對水有化學(xué)吸附作用的氯化鈣在納米尺度上復(fù)合，利用硅膠中納米孔的毛細(xì)管作用使氯化鈣吸附在硅膠內(nèi)，制備出氯化鈣/硅膠納米相變材料19。GordeevaL G等

17、用DSC研究了其制備的新型納米復(fù)合相變材料的吸附熱和母體孔中水合鹽的晶態(tài)轉(zhuǎn)變情況，在外力強(qiáng)迫浸潤和自然浸潤情況下復(fù)合材料的潛熱分別為8.4kJ/g和4.0kJ/g,遠(yuǎn)高于普通沸石和未浸潤硅膠的潛熱。浸潤過水合鹽的復(fù)合相變材料在390 C以下的潛熱可達(dá)到864 kJ/L，在儲能領(lǐng)域具有可喜的應(yīng)用前景19。多孔石墨及膨脹石墨具有發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀孔形結(jié)構(gòu)，高的比表面積、表面活性和非極性，可用來制 備納米定形相變材料。張正國20以膨脹石墨為基材，石蠟為相變材料，在65C通過共混、吸附、過濾、烘干，制備出石蠟/膨脹石墨復(fù)合相變材料。由于毛細(xì)管和表面張力的作用，石蠟在固-液相變時，不會從膨脹石墨的微孔中滲透出來

18、。1.2.2溶膠/凝膠法該法反應(yīng)條件溫和，可用于制備納米粉體、納米纖維、納米膜、納米復(fù)合及納米組裝材料21。張靜22等以正硅酸乙酯（TEOS）為前驅(qū)體、棕櫚酸（PA）為相變材料主體、無水乙醇為溶劑、鹽酸為催 化劑進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，制備了 PA-SiO2納米復(fù)合相變材料。由于二氧化硅的熱導(dǎo)率較高，使得復(fù) 合相變材料的導(dǎo)熱性能和儲 /放熱速率與純棕櫚酸相比得以提高。林怡輝23等用相同的方法制備了硅膠/硬脂酸納米復(fù)合相變材料，其相變焓可達(dá)163.2J/g，相變溫度約為55.18C。高喆等24在初步實驗室研究的基礎(chǔ)上提出可采用共沉淀法制備氧化鋯/硬脂酸系納米復(fù)合相變材料。氧化鋯/硬脂酸系納米復(fù)合相變

19、材料具有與二氧化硅 /硬脂酸系納米復(fù)合材料類似的儲/放熱能力和速率，而其力學(xué)性能和耐高溫性則優(yōu)于后者，且實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的可能性較大。1.2.3 插層法插層法是利用層狀硅酸鹽作為主體，將有機(jī)相變材料作為客體插入主體的層間，制得納米復(fù)合 相變材料。其過程有三種：有機(jī)單體插層原位聚合；聚合物液相插層復(fù)合；聚合物熔融插層復(fù)合25。張翀等26利用十六烷基-三甲基溴化銨（CTAB）嵌入到膨潤土層間使膨潤土得到改性，通過離子 交換反應(yīng)，使三羥甲基丙烷（TMP）和新戊二醇（NPG）嵌入膨潤土層間制得納米復(fù)合相變材料。由于層 狀硅酸鹽的夾層是一種受限體系，嵌入其間的NPG或TMP分子的運(yùn)動受到阻滯，且 NPG或

20、TMP與膨潤土之間存在較大的相互作用力，不易被解嵌出來，使其整體熱性能和穩(wěn)定性得到提高。方曉明等27采用液相插層法將硬脂酸嵌入到膨潤土的納米層間制備納米復(fù)合相變材料。1500次冷熱循環(huán)試驗表明，硬脂酸/膨潤土納米復(fù)合相變材料具有較高的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性；儲/放熱實驗表明，該納米復(fù)合相變材料比純硬脂酸具有更高的導(dǎo)熱性，其儲/放熱速率明顯提高。蒙脫土屬2:1型層狀鋁硅酸鹽礦物，具有良好的膨脹性、吸附性和陽離子交換性17，是一種較理想的基體材料。于少明28用熔融插層法將NPG插入到蒙脫土層間制備了一種具有較快相變速率、3較弱塑晶失重現(xiàn)象和較高相變焓的納米復(fù)合相變材料，較好地解決了NPG單獨(dú)使用時存在的

21、較嚴(yán)重的塑晶現(xiàn)象。李忠29采用熔融插層法制備了癸酸 /蒙脫土復(fù)合相變材料，相變溫度為30.21 C，相變焓120.43J/g,較好地克服了脂肪酸類相變材料單獨(dú)使用時的缺點，有望在調(diào)溫紡織纖維中得到應(yīng)用。1.3納米高溫相變材料隨著納米粉體制備技術(shù)的發(fā)展，越來越多的金屬、合金、氧化物、無機(jī)鹽等的納米化得以實現(xiàn)。 比如，用惰性氣體冷凝法可以制備納米合金及納米氧化物；用超重力技術(shù)可以制取納米氫氧化鋁、 氧化鋅等物質(zhì)；用高能機(jī)械球磨法可制備單質(zhì)金屬、金屬碳化物、金屬間化合物、金屬-氧化物復(fù)合材料、金屬-硫化物復(fù)合材料、 氟化物、氮化物等的超微粒子；用等離子體法可獲得 AlN、TiN、WO3、MoO3、N

22、iO、WC、ZrC、SiC等納米材料；用濺射法可以制備多種納米金屬(包括高熔點和低熔點金屬)以及多組元的化合物納米微粒2。這些納米粉體中，很多都可直接作為高溫相變材料，用于小功率電站、空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)、工業(yè)余熱回收等方面。當(dāng)組成相的尺寸足夠小時，由于在受限的原子系統(tǒng)中的各種彈性和熱力學(xué)參數(shù)的變化，平衡相 的關(guān)系將被改變。例如，被小尺寸限制的金屬原子簇的熔點被降低到同種固體材料的熔點之下。實 驗表明，平均粒徑 40nm的銅粒子其熔點由1053C下降到750C。塊狀金的熔點為 1064C,而10nm 的金粒子的熔點為 1037C，降低了 27C，當(dāng)粒徑繼續(xù)減小到2nm時，熔點下降到327 C。銀

23、的常規(guī)熔點為690C,而超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可在低溫下燒結(jié)2。禾U用金、銀、銅等金屬的納米粒子具有較低熔點的性質(zhì)，可將其直接用在與所要求的相變溫度一致或相近的場合，也可據(jù)此性質(zhì)制備新 型納米金屬粒子，得到新的高溫相變材料。此外，納米材料的比熱容大于同類粗晶材料，比如在 150300K溫度范圍內(nèi)，納米Pd(6nm)和納米Cu(8nm)的定壓比熱容比相應(yīng)的粗晶材料分別增加29%54%和9%11%2。利用這種性質(zhì)，可以開發(fā)熱容量更高、性能更好的高溫相變材料。潛熱或 等效比熱容越大，則取得相同的儲熱能力所需要的相變材料用量就越少，從而可以減輕儲熱系統(tǒng)的 重量、降低成本，這對空間太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)來

24、說尤為重要。2納米相變材料的應(yīng)用納米膠囊相變材料具有智能調(diào)溫功能，且粒徑小、比表面積大，有望在冷卻循環(huán)液、飛機(jī)隱身 涂層、節(jié)能建材、調(diào)溫纖維等領(lǐng)域得到應(yīng)用10。與微米級定形相變材料相比，納米復(fù)合相變材料具有潛熱大、力學(xué)性能好、熱導(dǎo)率較高等優(yōu)點，在調(diào)溫纖維、調(diào)溫建材、微電子器件溫度控制、太陽 能熱利用等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。金屬、合金、氧化物及熔融鹽等的超微粒子有許多不同于相應(yīng) 粗晶材料的獨(dú)特性質(zhì)，比如熔點降低、比熱升高、對光的反射率下降、對紅外線和電磁輻射的吸收 增強(qiáng)等，利用這些性質(zhì)可將一些無機(jī)納米粉體用作高性能環(huán)保型高溫相變材料。2.1在紡織工業(yè)中的應(yīng)用納米膠囊相變材料與微膠囊相變材料相比可

25、以更容易地通過紡絲計量泵和冷卻液循環(huán)泵。用納 米相變膠囊對織物進(jìn)行涂敷或?qū)⑵浠烊爰徑z液中進(jìn)行紡絲，可以制備調(diào)溫紡織纖維10。用這種纖維制成的服裝可以根據(jù)環(huán)境溫度的變化，在一定溫度范圍內(nèi)，自動調(diào)節(jié)服裝內(nèi)部溫度，大大增加人體 的舒適度。Outlast相變調(diào)溫纖維是美國太空總署為登月計劃而研發(fā)的30,以納米膠囊相變材料為調(diào)溫元素，目的是為宇航員制作登月服裝，后來發(fā)展到用于普通服裝，特別是戶外服裝，包括滑雪衫、褲、毛衣等。這種功能纖維 1988年開發(fā)成功，1994年首次用于商業(yè)用途，1997年在戶外服裝中使 用，現(xiàn)已廣泛用于時裝和床上用品。俄羅斯將吸附蓄熱技術(shù)與無機(jī)相變材料相結(jié)合，研制出一種納米防寒鞋

26、墊。該鞋墊利用納米孔 硅膠和氯化鈣吸收水汽，使鞋墊始終保持涼爽干燥；氯化鈣吸水后轉(zhuǎn)變?yōu)榱然}，它能根據(jù)環(huán) 境溫度進(jìn)行吸/放熱，又使該鞋墊具有一定的調(diào)溫功能 19。2.2 在建筑工業(yè)中的應(yīng)用將納米相變材料添加到混凝土、水泥、涂料、玻璃、高分子材料等基體中，可以獲得綜合性能 更優(yōu)的調(diào)溫建筑材料。在涂料中添加納米相變材料，可使涂料具有調(diào)溫功能，并且可以提高涂料的力學(xué)強(qiáng)度、抗老化性和光澤度。如果同時添加少量二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅等納米材料，更可 以提高涂料的抗菌、自清潔、抗靜電等性能2。在玻璃表面涂敷納米相變材料層或者在多層玻璃的夾層中填充納米相變材料都可以制得高熱容吸熱玻璃，這種玻璃可在不降

27、低透明性的情況下，吸收 更多的太陽熱能，從而達(dá)到防止室內(nèi)過熱、降低空調(diào)能耗的效果。如果同時添加二氧化硅、二氧化 鈦、氧化鋁、硅/碳化硅等納米材料，則在大大提高玻璃熱容量的同時還可提高其紅外反射、紫外吸 收等性能，得到綜合性能極佳的節(jié)能玻璃2。將有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合相變材料制成一定規(guī)格的儲能模塊或制成板材，可用于地板輻射采暖系統(tǒng)，也可用作室內(nèi)裝飾墻板，實現(xiàn)對室溫的自動調(diào)節(jié)。在這 種新型調(diào)溫板材中同時添加其他納米材料，還可以顯著增加其力學(xué)強(qiáng)度、阻燃性、抗靜電性、自清 潔性及裝飾性。比如，納米氧化鋅質(zhì)量輕、顏色淺、吸波能力強(qiáng)2，對其進(jìn)行表面改性后加入聚合物基調(diào)溫板中，可改善調(diào)溫板的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，且能提

28、高調(diào)溫板對室內(nèi)家電產(chǎn)生的電磁輻射的吸收。2.3在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)等的研制中常涉及儀器、儀表或材料的恒溫控制問題。因為人造衛(wèi)星、航 天飛機(jī)等在運(yùn)行中，時而處于太陽輻射下，時而由于地球的遮蔽處于黑暗之中，在這兩種情況下，其表面溫度相差幾百度。為保證其內(nèi)部溫度相對恒定（通常為1535 C ），可將納米膠囊相變材料摻入到某些基質(zhì)（如環(huán)氧樹脂）中，并包覆在需要保護(hù)的儀器設(shè)備表面，起到控溫和保護(hù)的作用1,31相變儲熱技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的另一個應(yīng)用是空間太陽能熱動力發(fā)電技術(shù)?？臻g熱動力發(fā)電系 統(tǒng)主要包括四部分：聚能器、吸熱 /蓄熱器、能量轉(zhuǎn)換部分及輻射器。其中聚能器、吸熱/蓄熱器中用到的

29、相變材料為高溫相變材料。金屬超微粒子對光的反射率很低，大約有幾納米的厚度即可消光， 利用此特性可制作高效光熱轉(zhuǎn)換材料。將納米金屬或合金粉末用于空間太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)的聚 能器和吸熱/蓄熱器上，可大大增加發(fā)電系統(tǒng)對太陽輻射熱的吸收和儲存。鉻-氧化鉻（Cr-Cr2O3）顆粒膜對太陽光有強(qiáng)烈的吸收作用，也可用于空間熱動力發(fā)電系統(tǒng)2。2.4在微電子溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)和新興工業(yè)生產(chǎn)中，要求快速排除環(huán)境中的熱，或在工作環(huán)境下加熱某些電子器件。美國的研究人員將開發(fā)出的新型納米相變材料研磨成粉末，應(yīng)用到電子器件制造行業(yè)，對精密電子器件的制造工藝氛圍進(jìn)行保護(hù)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和精密度2。采用納米相變材

30、料制成的蓄熱式馬達(dá)，可在優(yōu)化的工作溫度下運(yùn)行，有效地降低能耗，提高效率。2.5在功能熱流體方面的應(yīng)用在低溫共晶鹽水溶液中懸浮少量的納米金屬氧化物顆粒，可得到均勻穩(wěn)定的納米流體。其中納米粒子既起到成核劑的作用，又可顯著提高蓄冷劑的熱導(dǎo)率，達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。龍建佑32在低溫共晶鹽氯化鋇水溶液中（共晶溫度為-8.5 C ）懸浮少量的納米二氧化鈦顆粒（銳鈦型，粒徑20nm）,經(jīng)超聲波分散，得到了體積分?jǐn)?shù)為1.13 %的TiO 2-BaC12-H2O納米流體，并對氯化鋇溶液和 TiO2-BaC12-H2O納米流體的蓄冷特性進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：在氯化鋇溶液中加入納米二氧化鈦， 既降低了溶液的過冷度，又

31、增加了蓄冷量。這種流體可用于啤酒工業(yè)低溫相變蓄冷。此外，納米相變材料在溫度敏感性物品的運(yùn)輸與保存、醫(yī)療保健產(chǎn)品、森林大規(guī)模滅火等方面 都有廣泛應(yīng)用1,19。3總結(jié)納米技術(shù)和相變儲熱技術(shù)都是近年來發(fā)展起來的新領(lǐng)域，將兩種技術(shù)進(jìn)行交叉，可以開發(fā)更多 品種的高性能相變材料，拓展相變材料及相變儲熱技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?？上驳氖?，納米技術(shù)與相變儲 熱技術(shù)的交叉研究已取得不少成績，合成、制備了一系列高焓值、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率（相對而言）的納米膠囊相變材料、納米復(fù)合相變材料和納米高溫相變材料，這些高性能相變材料也已經(jīng)有了一些實 際應(yīng)用。但應(yīng)該看到，納米技術(shù)與相變儲熱技術(shù)本身都還是新興研究領(lǐng)域，正處于成長發(fā)展階段，

32、大量的課題還有待進(jìn)一步深入研究。作為二者的交叉，納米技術(shù)在相變儲熱領(lǐng)域的應(yīng)用研究還有很 多工作要做。比如納米相變材料過冷現(xiàn)象明顯、囊壁的耐熱性可能隨著粒徑的減小而降低等就是迫 7E國型技論文在約切需要解決的問題。此外，納米材料和相變材料原料的制備和獲取都存在成本高的問題，尋找更有 效、成本更低的技術(shù)來制備和生產(chǎn)納米相變材料，才能真正將相變儲熱技術(shù)和納米技術(shù)推廣，為人 類造福。參考文獻(xiàn)：1 王華，王勝林，饒文濤.高性能復(fù)合相變蓄熱材料的制備與蓄熱燃燒技術(shù)M.北京：冶金工業(yè)岀版 社,2006.7-14,17-22.2 劉吉平，張艾飛.建筑材料與納米技術(shù)M.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.9-13,

33、18-28,48-55,94-108,224.3 施利毅.納米材料M.上海：華東理工大學(xué)出版社,2007. 5-13.4 Cho J S, Kwon A, Cho C G . Microencapsulation of octadecane as a phase-change material by interfacial polymerization in an emulsion systemJ. Colloid Polymer Science, 2002, 280: 260-266.5 Momoda L A, Phelps A C. Nanometer sized phase change

34、 materials for enhanced heat transfer fluid performance. US:6447692, 2002-09-10.6 Hawlader M N A, Uddin M S, Khin M M. Microencapsulated PCM thermal-energy storage systemJ. Applied Energy, 2003, 74(1-2): 195-202.7 Maria I T, Leonardo R A, Farina M, et al . Characterization of short chain fatty acid

35、microcapsules produced by spray dryingJ. Materials Science and Engineering, 2004, 24(5):653-658.8 Luo Yingwu, Zhou Xingdong. Nanoencapsulation of a hydrophobic compound by a miniemulsion polymerizationprocessJ. J.Polym. Sci., Part A: Polym chem., 2004, (42): 2145-2154.9 Park S J , Kim K S , Hong S K

36、. Preparation and thermal properties of polystyere nanoparticles containing phase changematerials as thermal storage mediumJ. J. Polymer-Korea, 2005, 29(1): 8-13.10 樊耀峰，張興祥，王學(xué)晨，等.熱處理對相變材料納米膠囊性能的影響J.材料工程，2004, (4): 11-15,19.11 Zhang X X, Fan Y F, Tao X M, et al. Fabrication and properties of microcap

37、sules and nanocapsules containing n-octadecaneJ. Materials Chemistry and Physics, 2004, 88(2-3): 300-307.12 Zhang X X, Tao X M, Yick K L, et al. Expansion space and thermal stability of microencapsulated n-octadecaneJ. Journal of Applied Polymer Science, 2005, 97(1): 390-396.13 Zhang Xing-xiang, Fan Yao-feng, Tao Xiao-ming, et al. Crystallization and prevention of supercooling of microencapsulated n-alkanesJ. Journal of Colloid and Interface Science, 2005, 281(2): 299-306.14 方玉堂,匡勝嚴(yán),張正國,等.納米膠囊相變材料的制備J.化工學(xué)報,2007, 58(3): 771-775.15 時雨荃，蔡明健.納米復(fù)合膜相變微膠囊的制備及性質(zhì)J.化學(xué)工業(yè)與