相变储能材料的制备及其在石膏基体中的应用

朱旭

摘要： 随着全球能源的不断消耗，人们越来越注重建筑节能，储热技术开始快速发展，相变储能作为一类节能手段，其关键在于将相变材料与建筑基体加以结合。有机类相变材料具有成本低廉、储热密度大的优点，但是缺点也十分明显，比如导热性较差，这在一定程度上限制了它的应用。基于此，本文首先阐述了相变储能材料的研究现状，并分析了相变储能材料的制备及性能，探讨了其在石膏基体中的应用，以此为我国的环保事业做出一定的贡献。

关键词：相变储能材料；制备；石膏基体；应用

1. 引言

根据相关统计结果可以得知，建筑能耗逐渐增加，我们国家由于老旧建筑较多，产生了更多的能耗，节能已经迫不及待。相变储能材料是一类功能化学品，其芯材是相变材料，通过一系列包封以及吸附的技术使其具有一定的调温功能。将相变储能材料与建筑材料进行有效的融合能够很好地节约能耗。微胶囊相变储能材料具有许多的优势，包括储能密度高、体积较小、不容易被磨损等等，因此经常被用来研究复合建筑材料的制备。各种无机的建筑材料能够很好地帮助提高亲和效果和材料的稳定性。

2. 相变储能材料的研究现状

固液相变储能材料能够帮助降低环境温度，但是出现的液相会流到基体之中，这在一定程度上对其储热能力造成了影响，同时还会出现体积膨胀的问题，导致建筑基体开裂，对其使用性能造成不良的影响。所以，在实际的应用过程中往往会使用封装技术，包括多孔介质吸附法、直接混合法、微胶囊法以及高分子聚合定形法等等。其中多孔介质吸附法是使用比表面积较大的无机材料作为吸附介质，利用浓差作用来制备符合相变材料，无机吸附介质有着较高的吸附强度，能够起到支撑作用，防止材料的泄露从而保证它的循环利用，此外其较大的导热系数能够降低热循环周期，提高其换热效率。高分子聚合定形法能够很好地将相变材料与高分子链进行有效的结，从而得到定形的相变材料，其中相变材料能够均匀的分布在聚合物的三维结构之中，使其具有一定的热稳定性。微胶囊法能够将各种不同状态的相变材料整个包封在聚合物薄膜之中，从而形成一种粒径在一千微米以内的一种微米级胶囊，它能够将相变材料与外界的环境隔离开来，从而延长相变材料的老化，保证其耐久性以及形态的稳定性，相变微胶囊法的成形方法包括物理化学法、化学法以及物理法三类，其研究已经较为成熟，但是缺点在于制备工艺较为复杂、成本较高等等，在一定程度上限制了其应用。

3. 相变储能材料的制备及性能

目前来看，制备相变储能材料的方法主要有以下几种，第一，浸渍法，先将相变材料浸泡在水中，在选择多孔的石膏基体加以渗透，这一方法的优点在于工艺步骤较为简单，可以将传统的建筑材料转变成为相变储能材料，有人在上个世纪七十年代就使用直接浸渍法将芒硝制备成为相变储能混凝土，但是它对基体有着一定的腐蚀作用。第二，直接混合法，将相变材料与石膏基体材料进行混合，比方说在粉末中加入相变材料并混合到石膏基体之中，许多的相变储能材料在开发过程中都会使用这种工艺技术，直接混合法的优势在于其制备工艺较为简单、形状可塑以及性质均匀等等，能够满足当前的石膏基体需求，相关研究人员就曾使用直接混合法将灰泥沙浆与相变材料进行混合，然后制备得到储能基体，同时对其导热系数以及熔点等基本性质进行测试，最终结果表明其储热能力大大增加。微胶囊法就是使用纳米复合技术或者是微胶囊技术将相变材料封装起来，并且加入到石膏基体之中得到最终的材料，其缺点在于制作成本较高、制备工艺较为复杂等等，因此微胶囊法同时只应用于部分领域。有研究人员将微胶囊相变储能材料与熟石膏粉进行混合，倒入到模具之中，脱模之后在烘箱中进行干燥。对其进行性能测试之后可以发现，微胶囊表面光滑，粒径在0.5微米至1微米之间，复合壁材微胶囊的结构完好，能够防止破损。根据其红外谱图可以观察到，壁材与芯材之间没有发生反应，包覆的效果较好，证明复合壁材微胶囊的性质较为稳定。除此之外，石膏基体是针状结构的并且内不是紧密连接的，加入微胶囊之后，是高的状态有了一定程度的改变，当微胶囊的加入量发生变化时，石膏基体的状态也发生着改变，并且随着微胶囊相变储能材料的加入，石膏基体逐渐有了相变储热峰，当将相变储能材料的加入量加大时，相变潜热也越来越大。

4. 相变储能材料在石膏基体中的应用

国外针对相变储能材料的研究水平要高于国内，由于受到能源危机的影响，将相变储能材料应用在石膏基体之中能够提高其隔热性以及保温性，同时降低了能源的能耗。相变储能材料在石膏基体中的应用包括多个方面，首先是在节能方面的应用，随着我国经济的不断发展进步，节能逐渐引起人们的关注，相变储能材料在石膏基体的应用也越来越多。混凝土有着热胀冷缩的特点，大型建筑容易存在裂缝，往往需要大量的人力资源进行保养维修，混凝土裂缝也逐渐成为工程中急需解决的一类问题。造成裂缝的原因很多，需要根据具体情况加以解决，从而避免裂缝的形成，其主要的方法包括通循环水、预埋冷却水管等等，但是这些方法的工艺步骤较为复杂，具有较高的造价成本，如果将相变储能材料加入到其中就能够很好地降低温度差，从根本上抑制裂缝的形成。如果要将相变储能材料应用到石膏基体中，就要对其耐久性、导热系数、以及生产成本进行有效的研究。

5. 结语

综上所述，相变储能作为低碳环保的一种节能手段逐渐受到越来越多研究人员的关注，但由于各种缺点限制了其在各种领域中的应用，对相变储能材料与石膏的基体的共混物进行了相应的研究，并进行了性能测试。本文首先分析了相变储能材料的研究现状，对相变储能材料的制备及性能进行了相应的探究，最后探讨了相变储能材料在石膏基体中的应用，以此为相关研究人员提供一定的参考依据。

参考文献

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作者简介：朱旭（1983-11），男，满族，籍贯：辽宁省沈阳市，当前职务：教师，当前职称：实验师，学历：硕士研究生，研究方向：建筑功能材料，高分子建筑材料，建筑保温材料，相变储能材料。