微胶囊相变材料储热_释热特性及传热过程强化
中国矿业大学徐海学院
本科生毕业设计
姓名：学号：
学院：中国矿业大学徐海学院
专业：热能与动力工程
设计题目：微胶囊相变材料储热/释热特性及传热过程强化专题：
指导教师：职称：
2015 年6月徐州
中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书
专业年级学号学生姓名
任务下达日期：2014年12 月20 日
毕业设计日期：2015年1月20日至2015年6月10日
毕业设计题目：微胶囊相变材料储热/释热特性及传热过程强化
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
1、查阅关于相变储能材料的文献资料，完成论文开题报告；
2、完成3000字以上的英文文献翻译；
3、熟练掌握各种实验仪器的使用方法；
4、通过添加导热材料对微胶囊相变材料进行强化传热。分析实验数据，找出强化效果最好的导热材料；
5、搭建微胶囊相变材料储放热实验平台，对其储放热特性进行测试。得出数据，分析不同因素对微胶囊相变材料换热过程的影响。
指导教师签字：
郑重声明
本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。
本人签名：日期：
中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：指导教师签字：
年月日
中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：评阅教师签字：
年月日
中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩
答辩情况
提出问题
回答问题
正
确
基本
正确
有一
般性
错误
有原
则性
错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩：
答辩委员会主任签字：
年月日学院领导小组综合评定成绩：
学院领导小组负责人：
年月日
摘要
传统的相变储能材料存在易泄露、相分离、易腐蚀、导热系数低和运输困难等问题，因此众多研究者将相变材料封装在微胶囊中，制备成相变微胶囊，来解决上述问题。本文主要以相变温度为31℃的微胶囊相变材料为研究对象，通过采取添加石墨烯、纳米铜、膨胀石墨等高导热材料的方式来强化微胶囊的导热性能，然后搭建实验台测试纯胶囊和石墨烯/微胶囊、纳米铜/微胶囊、膨胀石墨/微胶囊复合相变材料储热/释热特性。本文的研究内容如下：
（1）在微胶囊相变材料中添加高导热材料，制备总质量是30g的石墨烯/微胶囊、纳米铜/微胶囊、膨胀石墨/微胶囊复合相变材料，其质量分数分别是0.1%、0.5%、1%、1.5%、2.5%，对微胶囊储放热系统进行传热强化。结果表明，相同质量分数下膨胀石墨的添加相对于石墨烯和纳米铜对微胶囊的导热性能提高最大。
（2）搭建微胶囊相变材料储热/释热测试平台，通过改变换热流体的流量，对纯微胶囊和膨胀石墨/微胶囊（0.5%）、膨胀石墨/微胶囊（1%）、膨胀石墨/微胶囊（2.5%）复合相变材料的储热/释热特性进行实验研究。结果表明，相同流量下，随着膨胀石墨质量分数的增大，膨胀石墨/微胶囊复合相变材料的储放热时间减小。不同流量下，相同材料储放热时间随着流量的增加而减小。
关键词：微胶囊相变材料；膨胀石墨；储热/释热特性；传热强化
ABSTRACT
The traditional phase change materials have the problems such as leakage, phase separation, corrosion, low thermal conduction coefficient and transportation difficulty. So many researchers encapsulated the phase change materials in microcapsules, prepared the phase change microcapsules, to solve the above problems. The research object of this paper is the microcapsule whose phase change temperature is 31℃. The thermal conductivity of the microcapsules was enhanced by the high thermal conductivity of graphene, nano copper, graphite, etc. Then, the heat storage/release properties of the composite phase change materials are tested by building experiment platform. The research content of this paper is as follows:
（1）Graphene / microcapsules, nano Cu / microcapsule, expanded graphite / microcapsules composite phase change materials that its quality scores were 0.1%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2.5% and total quality is 30g were prepared by adding high thermal conductivity in the microcapsule phase change materials to enhance the heat and mass transfer process of the microcapsule heat storage system. The results show that, under the same mass fraction, the thermal conductivity of microcapsules is raised the most by the adjunction of expanded graphite compared to graphene and copper nanoparticles.
（2）A microcapsule phase change material heat storage and release temperature test platform is built. The thermal storage and release characteristics of the pure microcapsules and expanded graphite / microcapsules（0.5%）, expanded graphite / microcapsules（1%）, expanded graphite / microcapsules（2.5%）composite phase change materials were experimentally tested by changing the flow of heat exchange fluids. The results show that under the same flow, the heat release time of the expanded graphite / microcapsule composite is shorter with the increase of the content of the expanded graphite. Under different flow, the heat release time of the same material decreases with the increase of the flow rate.
Keywords：Microcapsule phase change materials；Expanded graphite；Heat storage/release properties；Heat transfer enhancement
目录
1 绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2相变储能材料 (2)
1.2.1相变储能材料概述 (2)
1.2.2相变储能材料的分类 (2)
1.2.3复合相变储能材料 (3)
1.2.4相变储能材料的应用. (4)
1.3微胶囊相变储能材料 (6)
1.3.1芯材和壁材的选择. (6)
1.3.1.1芯材的选择 (6)
1.3.1.2壁材的选择. (7)
1.3.2微胶囊相变储能材料的制备方法. (8)
1.3.3微胶囊相变材料的研究现状. (8)
1.4相变储能材料强化传热的研究进展 (9)
1.4.1肋片强化传热. (10)
1.4.2添加石墨强化传热. (10)
1.4.3添加金属物强化传热. (11)
1.5课题的研究意义与内容 (11)
1.5.1研究意义 (11)
1.5.2研究内容 (12)
2 微胶囊相变材料强化传热实验研究 (13)
2.1实验材料及仪器 (13)
2.1.1实验材料. (13)
2.1.2实验仪器. (13)
2.2实验系统的组成 (16)
2.3实验方案及步骤 (17)
2.3.1实验方案 (17)
2.3.2实验步骤 (17)
2.4结果与分析 (20)
2.4.1石墨烯对微胶囊相变材料的强化传热影响 (20)
2.4.2纳米铜对微胶囊相变材料的强化传热影响 (22)
2.4.3膨胀石墨对微胶囊相变材料的强化传热影响 (24)
2.5本章小结 (26)
3 微胶囊相变材料储热/释热特性实验研究 (28)
3.1实验材料 (28)
3.2主要实验设备 (28)
3.3实验系统的搭建 (30)
3.4实验方案及步骤 (31)
3.4.1实验方案 (31)
3.4.2实验步骤 (32)
3.5结果与分析 (39)
3.5.1膨胀石墨的配比对微胶囊换热过程的影响 (39)
3.5.2换热流体的流量对微胶囊换热过程的影响 (45)
3.6本章小结 (50)
4 结论 (52)
参考文献 (53)
翻译部分
英文原文 (57)
中文译文 (70)
致谢 (78)
1 绪论
1.1引言
能源是人类社会生存和发展的物质基础，随着经济技术的发展，人们生活水平的逐步提高，人类对能源的依赖越来越严重、需求也越来越大。在人类发展的过程中，每一次技术的重大进步、每一次经济的迅速发展都和能源的利用密不可分，每一次的能源变革都意味着人类文明大踏步的向前迈进[1]。
能源的分类有多种方式：按开发步骤可以分为：（1）一次能源，即在自然界以自然形态存在且可以直接开发利用的能源，其包括煤、石油、天然气、风能、海洋能、太阳能、地热能、水能等；（2）二次能源，即由一次能源直接或间接转化而来的能源，包括电力、煤气、汽油、氢气、沼气、甲醇、酒精等。按照能源是否可再生可以分为：（1）不可再生能源，包括煤、石油、天然气等；（2）可再生能源，包括海洋能、太阳能、水能、风能、生物质能等[2, 3]。当今世界上很多国家都是以使用一次能源为主，但是这些能源在世界上的储量十分有限，并且在短时间内不可再生，存储总量会随着消耗的增加而逐步减少。另一方面，随着社会、经济的不断发展，人类对化石能源的需要与日俱增，并且目前能源的利用率并不高，浪费也比较严重，这就使得世界能源的消耗与供给产生很大的矛盾。目前，化石能源的短缺与浪费是世界各国亟待解决的难题。
再者，化石能源的使用已经造成了很严重的环境污染问题，因此世界各国开始投入大量精力研究开发太阳能、风能、地热能、核能、生物质能等新型的清洁可再生能源。然而这些新能源因为具有很明显的季节性、地域性，这就导致在供求关系上存在时间和空间的不匹配。所以，如何将能量储存起来、在需要的时候再将能量释放出来是世界各国开发利用可再生清洁资源的关键。
在众多的储能技术当中，相变储能（又称潜热储能）是指在相变材料（Phase Change Materials，即PCMs）发生相变过程中，吸收热量或释放热量，进行热量的存储或释放，从而达到节能和控制温度的目的。相变储能技术能够解决能量供给在时间和空间上失衡的矛盾，提高能源利用效率，绿色环保，因而成为解决能源问题的有效方法之一，因此，近年来相变储能材料逐渐成为国内外能源利用及材料科学研究的热点问题[4]。单一相变储能材料在使用时具有过冷、相分离、易泄露、
腐蚀性、体积变化和不易运输等问题。但是作为相变储能材料中的一种，微胶囊相变材料不仅具有相变材料的优点，而且可以解决单一相变储能材料的诸多问题。其在电力调峰、建筑节能、太阳能热利用、废热余热利用、航空航天和空调节能等领域具有巨大的应用潜能[5, 6]。
1.2相变储能材料
1.2.1相变储能材料概述
相变储能材料是利用自身在发生相变的过程中的潜热来实现温度调节和能量储存的物质。与其他储热材料相比，相变储能材料在相变过程中体积变化小、稳定性高、储能密度高，能够在温度恒定的条件下吸收或释放出大量的潜热，凝固的时候过冷度小，其在储存热量时温度几乎不变。同时，相变储能材料还具有易于控制、热导率高、节能效果显著、相变温度适宜等优点。
目前针对相变储能的研究工作主要分为两方面：一是热物理问题的研究，如强化传热及运行和控制、相变材料储热装置的设计以及如何提高相变储能材料的导热性能等；二是相变储能材料的研究，具体指相变材料的制备技术、相变机理、相变材料的物理性质、稳定性以及使用寿命等。相变材料在各领域都有重要的应用，我国在相变材料及储能技术方面的研究逐步得到重视，也取得了一定的进展[7]。
1.2.2相变储能材料的分类
相变储能材料的分类方式有很多[8]：
（1）根据相变温度的范围，相变储能材料可以分为低温、中温和高温储能材料。低温相变材料的相变温度为-20-200℃，中温相变材料的相变温度为200-500℃，高温相变材料的相变温度为500-2300℃。
（2）按物质的属性，可以分为有机小分子相变材料、无机盐相变材料和高分子相变材料。有机小分子相变储能材料常用的有高级脂肪烃类、芳香烃类、醇类、酰胺类等等；无机物相变储能材料主要包括：结晶水合盐类、熔融盐类、合金类等；高分子类有聚烯烃类、聚多元醇类、聚烯醇类、聚烯酸类、聚酰胺类等。
（3）根据相变形态的变化，相变储能材料可分为液-汽、固-汽、固-固以及固-液相变材料。
由于液-汽相变与固-汽相变储能材料在相变的过程中会产生大量气体，相变材
料的体积变化很大，所以虽然这两类相变材料在相变过程中的相变潜热很大，但是在实际的应用中却很少使用。相比较而言，固-固相变材料在相变过程中体积变化小，对容器的密封性、强度的要求低，但是其种类很少，能够在实际中应用的产品非常少。固-液相变材料因为种类繁多，相变潜热大，价格低廉，在实际的应用中最为广泛。
1.2.3复合相变储能材料
虽然固-液相变储能材料有着较高的相变潜热、较宽的相变温度范围、化学稳定性好，但是在实际的应用中它的相变体积容易发生变化、液态状态下容易泄露、具有腐蚀性、固体导热系数比较低、储存和运输比较困难，为了克服上述缺点，复合相变储能材料由此出现。复合相变储能材料可以有效地解决单一相变材料使用过程中出现的问题，同时它所具有的高储热密度和几乎恒温的储放热过程可以改善相变储能材料的应用效果并拓展其应用范围[9, 10]。复合相变储能材料可以分为无机多孔复合相变储能材料和微胶囊相变储能材料。
通过物理或者化学的方法将相变储能材料放到无机多孔材料基材的内部空隙中，并将它进行差层复合，由此可以得到无机多孔复合相变储能材料。这种复合的方法可以保护相变储能材料不发生泄露，同时基材四壁的毛细管可以有效地提高相变材料储藏的可靠性。无机多孔材料将相变储能材料分散成微小的颗粒，增加了传热面积，有效地提高了换热效率。目前使用比较多的无机多孔介质主要有膨胀粘土、膨胀页岩、石膏、膨胀珍珠岩、多孔混凝土等。目前，无机多孔复合相变材料的合成方法主要有真空吸附法、溶解浸渍法、物理吸附法、熔融注入法等。
将微胶囊技术应用在相变储能材料中，利用成膜材料将相变储能材料包裹起来而形成的微纳米复合相变储能材料称为微胶囊相变材料（Microencapsulated phase change materials,MCPCMs）[11]。包覆薄膜称为壁材或囊壁，被包覆的相变材料称为芯材或囊芯。由于壁材的存在，相变储能材料的腐蚀、泄露、过冷和相分离等问题得到解决，同时换热面积被增大，相变过程中相变材料的体积得到控制，从而阻止了相变材料和周围环境中的物质的反应，提高了相变材料的重复使用率[12]，这既改善了相变储能材料的使用性能、延伸了其应用领域，同时也为固-液相
变材料与高导热材料的复合提供了有效的、可靠的途径。
1.2.4相变储能材料的应用
在一次能源日益紧缺的今天，作为蓄热材料的其中一种，相变储能材料受到世界各国科学家的广泛重视，他们积极实验研究，并将相变储能材料应用到越来越多、越来越宽的领域。
（1）相变材料在纺织物中应用
将微胶囊相变储能材料加入到纺织物中，可以降低人体皮肤温度的波动，增加人们穿着的舒适度。Salavn等[13]制备了一系列正烷烃/三聚氰胺-甲酸树脂微胶囊相变储能材料，研究了聚氨酯粘合剂和微胶囊相变储能材料对纺织物的温度调节的影响。实验结果发现，二者全都可以使温度的变化减缓，并且他们发现微胶囊和粘合剂的最佳的质量比是1:2-1:4。毛雷等[14]制备出石蜡/三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊相变材料，并将其注入到棉织物上，分析了注入前后棉织物的性能与结构的变化。对结构分析表明，棉纺织物中的微胶囊相变材料的含量随着注入液中微胶囊相变材料的质量分数的增加而增加，并且分布很均匀。微胶囊相变材料的加入对棉纺织物的结构不会产生影响，但是增强了经向、纬向的强度，稍微降低了它的断裂伸长率与透气性，这些不足以对人的舒适度产生影响。当注入液中微胶囊相变材料的含量达到20%时，完成后的棉纺织物的熔融焓由原来的1.03J/g增加到了7.36J/g，调温性能优异。闫飞等[15]通过超声波振荡制备出微胶囊相变材料,并且分析研究超声波对它的性能的影响。实验结果表明，通过超声波制备的微胶囊数平均粒径为1.4微米，分布指数是2.93，粒径比较小、分散程度好。然后他们将微胶囊相变材料注入到纺织物中，发现升温曲线和降温曲线上都存在明显的拐点。在相同的升温时间点上，注入后的纺织物比未经处理的纺织物的温度要低；在相同降温时间点上，注入后的纺织物比未经处的纺织物的温度要高，这就说明加入微胶囊相变材料的纺织物具有良好的调温功能。
（2）相变材料在建筑中的应用
把微胶囊相变储能材料加入到建筑材料的基体中可以制备相变储能型建筑材料[16]。Qiu等[17]使用类似悬浮聚合法，制备出了以甲基丙烯酸共聚物和甲基丙烯酸丁酯为壁材、正十八烷为芯材的微胶囊相变储能材料。其所制备的微胶囊的结
构呈核桃型褶皱球，正十八烷的包覆率是50.3%，粒径平均为30微米，相变潜热分别是125.2J/g，130.3J/g，具有良好的热稳定性。将微胶囊注入石膏板中，所产生的热效应十分明显，经过5min和10min钟后，注入微胶囊的石膏板和没有加入微胶囊的纯石膏板之间有11K和6K的热差。Zhang等[18]采用原位聚合法制备出以三聚氰胺-甲醛树脂为壁材、十八烷为芯材的表面十分光滑的规则球形微胶囊相变材料，其平均粒径在5微米至15微米。采用压缩成型的方法将制备好的微胶囊按照不同的比例添加到石膏板中，同时选择玻璃纤维用来增强石膏板的机械强度。通过实验，他们发现微胶囊相变材料均匀的分布在石膏板中间，并且随着石膏板中含有的微胶囊的数量的增多，其储放热性能增加、调温能力增强。后经过实验分析，当微胶囊相变材料的含量是55%、玻璃纤维的含量是4%的时候，所制备的石膏板拥有很好的热稳定性、具有良好的储热能力、调温性能和机械强度，调温的曲线在22-25℃处出现30min的控温平台，相变潜热达到63.5J/g。
（3）相变材料在食品行业中的应用
为了使食物保持低温，可以将含有有机物、表面活性剂和水的相变储能材料的乳液喷洒在新鲜的食物表面，同时具有保鲜作用。也可以将由水、无机盐和多元醇组成的相变储能材料封装在袋子中或者特制的容器内，来调节、保持食品的温度。
相变材料在相变过程中保持温度不变，将这一特性应用到使用的餐具上，就出现了速冷保温容器，这是一类功能新颖、速冷后能保温的容器。速冷保温容器使用的是夹层结构，在夹层内放入相变储能材料，当容器加入热流体时就进行迅速冷却，储存的热能在散热时释放出来，然后使灌入容器中的液体在相变材料的熔点附近长时间的进行保温，这就实现了温度的控制。不论加入热体的初始温度是多少（前提是温度必须高于容器夹层内相变储能材料的熔点），热流体经过速冷后将在比较长的时间范围内保持在稍微高于相变温度范围之内[19, 20]。
利用上述技术制成的速冷保温奶瓶[21, 22]，功能齐全、使用方便。目前市场上的水杯、奶瓶等对装入的热流体冷却速度很慢，当热流体冷却到适宜饮用的温度后维持的时间又很短，温度难以控制，使用速冷保温奶瓶能够有效得克服上述缺点。
1.3微胶囊相变储能材料
微胶囊技术是采用化学或者机械的方法将相变储能材料用聚合物薄膜材料包覆起来，制备出粒径在1至500微米范围内、常态下非常稳定的微型包裹技术[23]。将微胶囊技术应用在相变储能材料中，利用成膜材料将相变储能材料包裹起来而形成的微纳米复合相变储能材料称为微胶囊相变材料。包覆薄膜称为壁材或囊壁，被包覆的相变材料称为芯材或囊芯。微胶囊相变储能材料相较而言有如下优点：（1）微胶囊的壁材将相变储能材料包覆在里面，能够有效地解决固-液相变材料在相变过程中出现的液体泄漏、腐蚀和相分离等问题；
（2）微胶囊将相变储能材料与外界的环境隔离开来，阻止了其与周围环境的反应，提高了相变材料重复使用率；
（3）微胶囊相变材料的粒径很小，但是具有较大的比表面积，所以增加了材料的传热面积。
1.3.1芯材和壁材的选择
1.3.1.1芯材的选择
微胶囊相变材料的芯材可以是水溶性、油溶性的化合物或是混合物，其物理状态也可以呈固态、液态或者气态或者三者的混合物。不过微胶囊的壁材和芯材的溶解性必须是相反的，即油溶性的芯材只能使用水溶性的壁材来包覆，水溶性的芯材只能使用油溶性的壁材来包裹。为了使相变材料能够进行微胶囊化，壁材的表面张力应当小于芯材的表面张力，而且芯材还不能与壁材发生反应[24]。常用的相变材料按照成分种类划分，如表1-1。
表1-1常用的相变材料[25, 26]
类型无机类有机类无机-有机杂化类
材料列举
水合盐：
Na2SO4?10H20、
Na2HPO4?12H20
脂肪烃、石蜡脂
肪酸、脂肪酸酯
等
SiO2-脂肪酸复合系列、
珍珠岩、蒙脱土、超轻
陶砂-脂肪酸复合系列
相变类型固-液固-液准固-固相变温度常温可调节常温可调节常温可调节相变焓值（J/g）100-300 150-300 100-300 循环性差好较好热传导性好较好很好
优点材料易得，价格
便宜，储热能力
强，热传导速率
大
熔融热大，稳定
性好，不易出现
过冷或析出现象
储能密度大，传热性能
好，稳定性高，易于加
工
由直链烷烃构成的石蜡是最常用的微胶囊芯材之一，这类相变材料的相变潜热很大、无毒性、化学稳定性和热稳定性好。
1.3.1.2壁材的选择
微胶囊相变材料的壁材一般都是一些合成或天然的高分子材料。比如：脲醛树脂、聚脲、聚苯乙烯、三聚氰胺－甲醛树脂、聚酰胺等。目前，一些科学工作者用脲素－蜜胺－甲醛聚合物、三聚氰胺改性脲醛树脂、苯乙烯－二乙烯基苯聚合物、蜜胺甲醛树脂、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯、明胶等材料为微胶囊相变材料的壁材包裹不同的相变储能材料[27]。
微胶囊相变材料壁材的选取对于产品的性能至关重要。微胶囊相变材料的壁材应该有较高的韧性、强度、热稳定性和致密性，并且对芯材进行保护。选择壁材的时候应当由芯材的特性和微胶囊相变材料的用途所决定。通常情况下壁材的选取应当考虑以下几个因素：
（1）壁材与芯材不能发生反应，并且需要考虑它的溶解性和渗透性；
（2）壁材和芯材亲油亲水性必须相反；
（3）壁材要有很好的成膜性、稳定性和耐久性，并有一定的强度；
（4）壁材成本不可过高。
1.3.2微胶囊相变储能材料的制备方法
微胶囊相变材料的制备方法多种多样，大致可以分成化学法、物理法和物理化学法三类，它们每一类又囊括了多种方法[28, 29]，如下表1-2所示，界面聚合法、复凝聚合法、原位聚合法和喷雾干燥法能够制备出纳米级的胶囊，所以是微胶囊制备的主要方法，对其报道和研究也较多。
表1-2微胶囊相变材料的制备方法[30]
类型方法特点
物理法空气悬浮成膜法
锅包法
喷雾干燥法
包结络合法
通过微胶囊壁材的物理变化
并采用一定的机械手段进行
制备
化学法
界面聚合法
原位聚合法
锐孔-凝固浴法
主要利用单体分子发生聚合
反应生成高分子成膜材料并
将囊芯包裹
物理化学法
单凝聚法
复合凝聚法
油相分离法
干燥浴法
粉末床法
改变条件使溶解状态的成膜
材料从溶液中聚聚沉出来，并
将囊芯包覆成微胶囊
1.3.3微胶囊相变材料的研究现状
（1）国外研究现状
在20世纪70年代之初，美国人Hansen. R.H申请了一项专利，他将CO2之类的气体溶解到不同的溶剂中，然后再将其复合物添加到纤维中空的部分，制造纤维之前，保证纤维中CO2等气体能够发生固（液）-气的转变过程。80年代初期，美国人Vigo在上述的纤维中空内填充了Na2SO4·10H2O、SrCl2·6H2O、CaCl2·6H2O 等结晶水和盐类[31]，利用结晶水和盐在发生相变的过程中吸收或者释放出热能来调节温度的变化。90年代中期，美国的TRDC（triangle research & development company）公司将用石蜡类碳氢化合物制备的粒径平均在1-10微米范围内的微胶
囊与聚合物的溶液一起纺织，制备出具有可逆性储热的纤维，并且申请了专利[32]。1998年美国的TRDC公司将微胶囊相变材料与纺织原液混合，并进行了研究。Bryant博士将经过改善后的微胶囊相变材料进行熔融法纺丝实验，并对制备的丝线进行测试。结果表明，微胶囊相变材料含量是3%的丙纶纤维具有温度调节能力[33]。
到目前为止，美国的Outlast公司和许多公司合作，研究出了许多相变材料产品。由Outlast公司生产的具备温度调节功能的纺织品和服饰，最初仅限于航空航天事业，现如今已经走到我们中间、获得了广大消费者的认可。随着科技的发展，Outlast公司的许多相变材料产品已经设计世界范围内的国家[34, 35]。
（2）国内研究现状
我国在相变材料方面的研究起步较晚，相变材料的理论研究正处于较薄弱的环节。上世纪80年代，在国外研究工作的基础上，袁群等[36]综述了相变蓄热材料应用前景。研究初期，我国的科研工作者主要针对无积水和盐类的相变储能材料进行实验研究。由于这类相变材料具有导热性能差、过冷、相分离、腐蚀、泄露等问题，所以大多数的学者、专家开始研究复合相变储能材料。
最近一段时期，张正国等[37]对膨胀石墨/石蜡复合相变储能材料的性能进行了研究，研究表明随着膨胀石墨的加入并没有改变石蜡的相变温度，吸附石蜡后的膨胀石墨保持着原来的疏松多孔的结构。夏莉等[38]通过搭建相变材料的储放热测试平台对纯石蜡和石蜡/石墨复合相变储能材料的充放热特性进行实验，实验结果表明：在充热过程中其主要的换热方式是自然对流，但是在放热过程中主要的换热方式是导热。吕学文等[39]使用ANSYS模拟软件，采用层状复合材料的热传导模型对石蜡/膨胀石墨复合相变储能材料的相变过程进行数值模拟。模拟结果表明，与纯石蜡相变材料相比，石蜡/膨胀石墨复合相变材料的传热效果明显提高。
1.4相变储能材料强化传热的研究进展
虽然相变储能材料具有在相变过程中体积变化小、稳定性高、储能密度高，能够在温度恒定的条件下吸收或释放出大量的潜热，凝固的时候过冷度小，不容易出现相分离和过冷现象，材料的毒性小、腐蚀性小和价格低廉等优点，但是还存在许多不足之处，其中最主要的就是导热能力低，这就导致了相变材料在储放
热的过程中换热效率十分低、储能利用率低，限制了其应用的领域。所以为了提高相变材料的导热能力，增大其储放热速率，必须对相变材料的相变过程进行强化。
目前常用的提高储热系统传热能力的方法有如下两种：
（1）通过改进储热设备的结构进行传热强化，比如添加肋片、多孔介质等；
（2）从相变材料的本身出发进行传热强化，比如添加高导热系数的金属粉末、石墨、碳纤维、金属网等。
1.4.1肋片强化传热
在蓄热容器中通过添加肋片的方式进行强化传热，是目前来说十分常用的方法。Eftekhar等[40]以石蜡为相变储能材料，建立了一个储热模型，这个模型的两个等温面间装有竖直的翅片，通过对熔解区照片的观察，相邻翅片间的固态石蜡的熔解速率明显加快。Costa等[41]采用焓法模型，对在有肋片和无肋片的情况下储放热系统中相变材料的熔化比率进行了计算，结果显示：添加肋片之后的相变储能材料的熔化比率明显优于没有添加肋片的情况。
综上所述，通过增加肋片来提高蓄热容器的储热性能是一种比较普遍的方法，但是在实际的应用中，添加肋片也有无法克服的局限性，比如加工困难，材料消耗量大，这就增加了蓄热容器的尺寸、重量和成本。所以随着蓄热系统正向着小巧、轻便的方向发展，科研工作者们已经逐渐将精力放在对相变材料本身进行强化传热上。
1.4.2添加石墨强化传热
石墨具有良好的导热性能，并且无毒害、腐蚀作用，所以在提高相变储能材料导热能力方便应用十分广泛，其独特的晶体结构既可以作为支撑材料又可以提高相变储能材料的导热特性。
Sari等[42]为了研究纯石蜡和石蜡/石墨复合相变材料的导热性能，制备出石蜡/石墨复合相变储能材料，通过实验发现纯石蜡和石蜡/石墨复合相变材料具有几乎一致的相变潜热，当石墨的质量分数为10%时，石蜡在相变的过程中也不会发生泄漏现象，相比较而言石蜡/石墨复合相变材料的导热能力显著提高。肖敏等[43]制备出石蜡/SBS（一种热塑性体）复合相变储能材料。他们在复合相变材料中添加
微胶囊石蜡相变材料
一种石蜡相变储能材料及其制备方法 WO 2012075747 A1 摘要: 权利要求(10) 一种石蜡相变储能材料，其特征在于，包含石蜡、高密度聚乙烯、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、成膜材料海藻酸钠、交联剂无水氯化钙，各组分的重量百分比为石蜡48%～56.7%，高密度聚乙烯14.2%～32%，十二烷基苯磺酸钠4-5.7%，海藻酸钠10.4%-15.6%，无水氯化钙5.6%-7.8%。根据权利要求1所述的一种石蜡相变储能材料，其特征在于所述石蜡相变储能材料是毫米级胶囊相变材料。根据权利要求1所述的一种石蜡相变储能材料，其特征在于所采用的石蜡的熔点为室温。 一种制造权利要求1所述的石蜡相变储能材料的方法，其特征在于，制造步骤如下：（1）首先以石蜡为芯材，高密度聚乙烯为支撑材料，采用熔融法制备微胶囊相变材料，具体过程为：将石蜡和高密度聚乙烯的混合物加热到全部熔融后，取出搅拌均匀，放在空气中冷却至凝固定型，然后粉碎成粒径小于200微米的微胶囊相变材料；（2）采用薄膜包衣技术制备出毫米级胶囊相变材料：①将上述微胶囊相变材料置入包衣机内，调节转速为20～30r/min，喷入质量浓度为2～3%的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂用于润湿表面，让切粒滚动3～4min；②将质量浓度为4～6%海藻酸钠水溶液均匀喷洒于混合料中，同时开热风干燥，待水分蒸干掉90%左右时，喷入质量浓度为8～12%氯化钙水溶液，包裹10～15min后，待水分蒸干后再喷入海藻酸钠水溶液；③重复第②步操作，直至胶囊表面光亮为止，进一步干燥后，冷却，出料，制得毫米级胶囊相变材料。根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述步骤（1）中石蜡和高密度聚乙烯的混合物加热到138-142℃。一种石蜡相变储能混凝土，其特征在于，含有重量含量为100份的水泥，45～52份的水，95～105份的砂，190～210份的碎石，50～322份的毫米级胶囊相变材料。根据权利要求6所述的石蜡相变储能混凝土，其特征在于，组分中还含有纤维增强材料，所述纤维增强材料为16～24份的钢纤维或8-12份的玄武岩纤维。一种制备权利要求6所述石蜡相变储能混凝土的方法，其特征在于，先将砂、水泥、碎石、毫米级胶囊相变材料按比例投入搅拌机中进行干拌，使胶囊相变材料均匀分散于前述干拌的混合物中，然后加水进行湿拌，制得相变储能混凝土。根据权利要求8所述一种制备方法，其特征在于，先将砂、水泥、碎石、毫米级胶囊相变材料按比例投入搅拌机中干拌30-40秒，然后加水湿拌3-4分钟即可。根据权利要求8所述一种制备方法，其特征在于，先将钢纤维或玄武纤维与碎石一起投入搅拌机搅拌30-40秒，使纤维分散在石子中，再将砂、水泥、毫米级胶囊相变材料按比例投入搅拌机干拌30-40秒，然后加水和减水剂湿拌3-4分钟即可。说明一种石蜡相变储能材料及其制备方法技术领域本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种石蜡相变储能材料及其制备方法。背景技术现有的建筑材料多为常物性材料，其热容远达不到理想节能建筑围护结构所要求的热容，导致室内温度波幅度较大，热舒适性低。将相变材料与混凝土相结合，制成相变储能混凝土，用它作外墙体材料，利用相变材料在相变过程中吸能和释能的特点实现能量的利用与转换，有利于建筑物室内温度的调控，可以大大增加围护结构的蓄热作用，使建筑物室内和室外之间的热流波动幅度被减弱，作用时间延迟，改善室内热环境，达到节能与舒适的目的。目前在建筑节能中应用比较广泛的石蜡相变储能材料在与建筑材料结合时采用直接渗透法和囊化封装法。技术问题直接渗透法虽然操作简单，但发生相变时产生的液体易发生泄漏或腐蚀基体材料，而现有的囊化封装只能达到纳米和微米级（统称为微胶囊相变材料），其主要存在以下问题： 1.相变储能建筑材料的耐久性和实用性问题。微胶囊相变材料在不断的循环相变过程中出现热物理性质的退化，发生相变时仍有液体泄漏和腐蚀基体材料的现象，表现为在材料表面结霜，不能长期使用，不能大量掺入相变材料，缺乏实用价值。 2.相变储能建筑材料的储热性能问题。微胶囊封装法的单位重量相变材料含量低，储热能力小，同
相变储能材料及其应用
相变储能材料及其应用 物质的存在通常认为有三态，物质从一种状态变到另一种状态叫相变。相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；(2)液—汽相变；(3)固—汽（4）固-固相变。相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，利用相变材料来存储能量。比如用冰贮冷，冬天，在寒冷的地区，人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块，贮存于“冰屋”中，利月锯末隔热、冰块可 )、溶 过冷和析出两大问题。所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶；而析出现象指在加热过程中，结晶水融化，此时盐溶解在水中形成溶液。结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、 六水氯化镁、镁硝石等 （2）石蜡：石蜡主要由直链院烃混合而成，可用通式C n H2n+2表示，短链烷烃熔
点较低，但链增长熔点开始增长较快，而后逐渐减慢。随着链的增长，烷烃的熔解热也增大，由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时熔解热趋于相等。在C7H16以上的奇数烷烃和在C20H44以上的偶数烷烃在7℃一22℃范围内会产生两次相变： （1）低温的固-固转变，它是链围绕长轴旋转形成的； -固 3、有机-无机混合物 带有乙酰胺的有机和天机低共熔混合物具有较为优异的特性，而乙酰胺的熔点为80℃，潜热相当大，为251.2KJ/kg，且比较便宜。 此外乙酰胺本身及其与有机酸和盐类的低共熔混合物的化学和动力学性质都很好。乙酰胺的毒性很低。但是乙酰胺对某些塑料具有溶解作用，故在容器选择上应
谨慎小心，最好选用搪瓷或玻璃类容器。此类箱变材料也是在日常生活用品开发中 很有前途的一类。 储热相变材料的遴选原则： 作为贮热(冷)的相变材料，它们灾满足的条件是： (1)合适的相变温度； (2)较大的相变潜热； 储热相变材料的应用涉及面根广，但大致分为以下几个方面：集中空调的相变贮能系统，相变节能建筑材料和构件，相变储热在太阳能领域的应用，热电冷(或热电)联供系统中的相变储能，利出工业废热的相空贮热系统，相变日用品开发。随着相变材料基础和应用研究的不断断深入(包括新的相变材料的涌现)，相变材料应用的 深度和广度都将不断拓展。
实验1 原位聚合法制备相变储能微胶囊 -实验报告
实验1 原位聚合法制备相变储能微胶囊 引言 相变材料(PCM ，phase change material) 在相变过程中能够储存或者释放大量热量，可用于热能储存和温度调控。 相变微胶囊（MEPCM ）的内核是相变材料，壁材通常采用高分子聚合物(如蜜胺树脂、脲醛树脂、明胶等)，制备的方法主要有界面聚合法和原位聚合法等。 界面聚合法是先将囊芯材料和生成囊壁的某种单体一起加入溶剂制成均匀的溶液，然后倒入不相溶的溶剂中乳化，再在乳液中滴加生成囊壁的另一种单体，让两种单体在界面上发生反应形成囊壁，包覆芯材液滴，最后制得相变材料微胶囊。与界面聚合法不同，原位聚合法生成囊壁的单体和催化剂全部位于囊芯的内部(或外部)，单体聚合时逐步形成不溶性的高聚物，包覆在囊芯表面形成微胶囊。 在原位聚合法中，油性的囊心材料在乳化剂存在下搅拌分散于水中，形成稳定的O/W 型乳液，然后加入作为壁材的预聚体溶液，搅拌下原位聚合包覆在囊芯液滴表面。微胶囊在制备过程中，胶囊颗粒大小由开始乳化分散时的液滴大小来决定，而乳化分散液滴大小与乳化搅拌时间、速度密切相关。形成胶囊的粒径越小，比表面积越大，胶囊越容易相互聚集，通过显微镜观察发现胶囊会发生粘连现象。因此在成囊后要加入分散剂来减小胶囊的表面自由能或通过亲水基吸附在固体颗粒表面而形成外壳，使颗粒屏蔽起来而不发生絮凝，给予分散体系以稳定性。 为了确保MEPCM 的包覆完整性及强度，芯材含量不能过多也不能过小，否则会影响MEPCM 的蓄热性能，芯材质量百分数含量应在30%～80%之间，最好在50%～70%，另外微胶囊粒径越小，包裹效果和结构致密性也越好，同时表面积增加所需的壁材用量也相应增加。 硬脂酸丁酯具有相变温度温和、无毒的特点，适宜用在太阳能存储，室温调节领域。蜜胺树脂具有较高的拉伸强度和压缩强度，较强的耐弱酸碱性及较好的密封性。本实验以硬脂酸丁酯为相变材料，蜜胺树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变储能微胶囊，采用光学显微镜、红外光谱等表征微胶囊的表面形态和结构特征，采用DSC 测定其热性能。本研究性实验着重于制备工艺的优化，以改善相变微胶囊的储热性能。 N N N NH 2H 2N NH 2 H C O H +Melamine Formaldhyde +N N N N(CH 2OH)2N(CH 2OH)2(HOCH 2)2N trimethylomelamine hexamethylomelamine HOH 2CHN N N N NHCH 2OH NHCH 2OH 图4-4 MF 预聚体的聚合机理
微胶囊相变材料储热_释热特性及传热过程强化
中国矿业大学徐海学院 本科生毕业设计 姓名：学号： 学院：中国矿业大学徐海学院 专业：热能与动力工程 设计题目：微胶囊相变材料储热/释热特性及传热过程强化专题： 指导教师：职称： 2015 年6月徐州
中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书 专业年级学号学生姓名 任务下达日期：2014年12 月20 日 毕业设计日期：2015年1月20日至2015年6月10日 毕业设计题目：微胶囊相变材料储热/释热特性及传热过程强化 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： 1、查阅关于相变储能材料的文献资料，完成论文开题报告； 2、完成3000字以上的英文文献翻译； 3、熟练掌握各种实验仪器的使用方法； 4、通过添加导热材料对微胶囊相变材料进行强化传热。分析实验数据，找出强化效果最好的导热材料； 5、搭建微胶囊相变材料储放热实验平台，对其储放热特性进行测试。得出数据，分析不同因素对微胶囊相变材料换热过程的影响。 指导教师签字：
郑重声明 本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。 本人签名：日期：
中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成绩：指导教师签字： 年月日
相变材料微胶囊在建筑材料中的应用
相变材料微胶囊在建筑材料中的应用相变材料应用于建筑的研究开始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。1988年起由美国能量储存分配办公室推动此项研究。Lane 在其著作《太阳能储存———潜热材料》一书中对20世纪80 年代初以前相变材料和容器的发展作了总结。 20世纪90年代以相变材料处理石膏板、墙板与混凝土构件等建筑材料的技术发展起来了，随后，相变材料在石膏板、墙板与混凝土构件的研究和应用得到了发展，主要目的是增强轻质结构的热容。美国Neeper估计相变墙板能转移居民空调负荷中90%的显热负荷到用电 低谷期，可降低30%的设备容量。Oakbridge 国家实验室在1990年得出结论：在太阳房中，相变墙板能明显降低附加能量的消耗，回报期大约是5年。日本的Kanagawa大学和Tokyo Denki大学的研究人员对相变墙板的储热性能进行了研究。他们得出了相变墙板的使用使得热负荷更加平缓，辐射域更加舒适，用电量下降，有消减峰负荷的可能的结论。 国内对相变建筑材料的研究起步较晚，张寅平研究了无水乙酸钠和尿素的共混物，其相变温度在28～31℃。同济大学则主要以工业级的硬脂酸丁酯为相变材料进行建筑节能混凝土材料的研究。近两年，北京广域相变科技有限公司与国内几家顶尖的专题研究相变材料的高校结合，共同研制相变材料微胶囊，为相变材料在建筑保温材料中的应用开拓了更广阔的天地。 相变材料微胶囊是相变材料装入直径1~500μm的微小容器内
（图一）。微胶囊通常为球形外观，其中，外层的裹附材质我们成为囊壁，囊壁多采用无机或有机高分子材料，在特殊条件下也可以用金属材料，内部的相变材料被称为囊芯。采用微胶囊对相变材料进行封装这一技术，近年来得到了国内外专家们的广泛关注，相变材料做成微胶囊再遇建筑材料掺混有以下优点： 1、可增大相变材料热传递过程中的表面积和传导率。 2、相变过程在微胶囊内完成，可极大的消除“相分离”现象。 3、提高相变材料的稳定性，降低一些相变材料的毒性和挥发 性。 4、提高相变材料的耐久性，增加其使用寿命。 5、相变材料微胶囊便于封装，可满足绿色环保新型材料的要 求。 6、通过选择合适的胶囊囊壁材料，可以避免相变材料与建筑 材料不相容性造成的对建筑材料热性能与承重能力的影 响。 图一
相变储能材料和相变储能技术
相变储能材料及其应用 物质从一种状态变到另一种状态叫物质的存在通常认为有三态，(3)(2)液—汽相变；相变。相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；固相变。相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就）固-固—汽（4利用相变材料来存可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，储能量。比如用冰贮冷，冬天，在寒冷的地区，人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块，贮存于“冰屋”中，利月锯末隔热、冰块可存放到夏季结束。这是冰块就可以起到现在冰箱的效果了。储能想变成材料一般而言，储热相变材料可以这么进行分类结晶水合盐（如 NaSO?10HO）22 4熔融盐 无机物金属（包括合金）其他无机类相变材料（如水） 石蜡 相变材料酯酸类有机物 其他有机 有机类与无机类相变材料的混合混合类
下面我们对相变储能材料进行逐一分析：液相变材料：-、固1．（1）结晶水合盐：结晶水合盐种类繁多，其熔点也从几度到几百度可供选择，其通式可以表达为AB?nHO。结晶水合盐通常是中、低2 温贮能相变材料中重要的一类，其特点是：使用范围广，价格较便宜、导热系数较大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度较大、体积贮热密度较大、一般呈中性。但此类相变材料通常存在过冷和析出两大问题。所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶；而析出现象指在加热过程中，结晶水融化，此时盐溶解在水中形成溶液。结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、六水氯化镁、镁硝石等 （2）石蜡：石蜡主要由直链院烃混合而成，可用通式CHn表2n+2示，短链烷烃熔点较低，但链增长熔点开始增长较快，而后逐渐减慢。随着链的增长，烷烃的熔解热也增大，由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时熔解热趋于相等。在CH以上的奇数烷烃和在CH以上的4472016偶数烷烃在7℃一22℃范围内会产生两次相变： （1）低温的固-固转变，它是链围绕长轴旋转形成的； （2）高温的固-液相变，总潜热接近溶解热，它被看作贮热中可利用的热能。 这样就会使石蜡具有较高的相变潜热。 石蜡作为贮热相变材料的优点是：无过冷及析出现象，性能稳定，无毒，无腐浊性，价格便宜。缺点是导热系数小，密度小，单位体积贮
相变储能材料在建筑方面的研究与应用
相变储能材料在建筑方面的研究与应用 摘要:随着建筑行业的向前发展，当前人们对于居住的要求也变得越来越高，对于居住条件的舒适性、安全性成为居民居住的主要考虑因素。正因如此，智能化、生态化已经成为当前建筑材料发展的趋势。相变储能材料作为传统建筑材料与相变材料复合而成的一中新型材料，由于其具有储能密度大、能够近似恒温下的吸放热而发展迅速。另一方面，相变储能材料的应用可以保持环境舒适，节省采暖制冷所需能源而受到建筑界的欢迎。本文将从多个方面对相变储能材料进行具体的分析，为后期的深入研究奠定基础。 关键词：建筑材料；相变材料；储能技术 Energy storage materials research and application of phase change in architecture Abstract：With forward the construction industry, the current requirement for people to live has become increasingly high, the comfort of living conditions, security has become a major consideration residents. For this reason, intelligent, ecological building materials has become the current trend of development. Phase change material as traditional building materials and phase change materials in a composite made of a new material, because of its large energy density, can be approximated under constant heat absorption and rapid development. On the other hand, application of energy storage phase change material can be kept comfortable, energy-saving heating and cooling needed and welcomed by the construction industry. This article from the multiple aspects of the phase change material specific analysis, to lay the foundation for further research later. Key words:construction materials; phase change material; energy storage technology
微胶囊文献综述
相变储能微胶囊性能的研究进展 摘要：首先介绍了微胶囊技术以及其发展历史和趋势，并综述了相变材料微胶囊芯材和壁材的选择、微胶囊的制备方法、性能改进以及其应用领域，最后对微胶囊相变材料的发展前景进行了展望。 关键字：微胶囊技术；制备方法；应用领域；研究进展 前言 微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体、气体包覆形成微小粒子的技术。 其制备技术始于20世纪50年代，最初是由美国国家现金出纳公司（NCR）的BarretGreen于1954年研究成功，并用于生产无碳复写纸，开创了微胶囊新技术的时 代。60年代，利用相分离技术将物质包裹于高分子材料中，制成了能定时释放的微胶囊，推动了微胶囊技术的发展。尔后西欧、日本等国家花费了很大投资，在一些理论问题上取得了突破，并将微胶囊技术的应用领域拓宽到医药、农药、日化、感光材料、食品、生物制品等领域，使微胶囊技术在70年代中期迅猛发展。近年来， 微胶囊技术发展越来越快，并且已在医学、药物、农药、染料、颜料、涂料、食品、胶粘剂、肥料等诸多领域得到了广泛的应用。目前，关于微胶囊方面的文献每年以数以千计的速度增长。运用此技术使许多传统产品提高了档次，具有更新的功能⑴。 1微胶囊芯材和壁材的选择 1.1芯材的选择 微胶囊由芯材和壁材两部分组成。目前，可作为微胶囊芯材材料的有结晶水合盐， 直链烷烃、石蜡类、脂肪酸类、聚乙二醇等，其中结晶水合盐和石蜡类较为常用。结晶水合盐的熔点一般在O?100 C,具有储热密度高、导热系数大和相变体积变化小等优点，但是存在过冷、相分离和具有腐蚀性等缺点。其研究成果较少[2-3]。石蜡具有相变潜热大、化学稳定性好以及无毒性等优点，并且廉价易得，是最常用的芯材。短链脂肪酸、多元醇和酯类，具有和石蜡相似的物理和化学性质，也是较常用的芯材。有时为了得到不同温度范围的相变材料，可将几种材料进行复合。目前，已经微胶囊化的相变材料中，石蜡占的最多，其中正十八烷、正二十烷和正二十六烷因其相变温度在室
聚丙烯酸基相变材料微胶囊的制备和表征
聚丙烯酸基相变材料微胶囊的制备和表征1 单新丽，王建平，张兴祥 改性与功能纤维天津市重点实验室，天津工业大学功能纤维所，天津（300160） E-mail：shanxinli143@https://www.wendangku.net/doc/1412885334.html, 摘要：本文成功制备了甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物为壁材，正十八烷为囊芯的相变材料微胶囊。采用扫描电子显微镜(SEM)，差示扫描量热仪(DSC)，热重分析仪(TG)分别考察了正十八烷微胶囊(MC18)的表观形貌及粒径大小、相变热性能、热稳定性能等。试验结果表明，采用苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐为乳化剂时，所得MC18结构完好，平均粒径为18 μm；芯材与壁材的投料比为2:1时，所得MC18的囊芯含量为66.5 wt%，相应热焓为147 J·g-1，耐热温度高达238 o C。 关键词：微胶囊；正十八烷；热稳定性 0 引言 利用相变材料的相变潜热进行能量的储存或释放的研究，在能源利用和材料科学领域一 直十分活跃。将相变材料微胶囊化是实现相变材料永久固态化的手段之一，可解决相变材料 的易疲劳，腐蚀性，不良气味，流动性及相变材料与周围材料界面等问题，同时具可有更大 的传热面积和更高的传热速率[1, 2]，使提高能源利用率，创造舒适清新的人类环境成为可能。相变材料微胶囊已被广泛应用到节能建筑材料，调温纤维，织物，泡沫，涂层, 太阳能存储 循环利用等领域[3-6]。 蜜胺及脲醛树脂为壁材的相变材料微胶囊由于制备工艺简单且产品性能优良[6]，研究 性论文占总的相变材料微胶囊论文的70%以上。然而胶囊壁不可避免的残留致癌和致敏物 质甲醛[7-9]，并且不可能完全去除（因为甲醛作为一种反应单体）。在生产和使用过程对人类 的健康和环境构成威胁，因此研制环保的相变材料微胶囊成为该领域研究者关注的重点。英 国汽巴公司申请了制备聚丙烯酸类的颗粒状组合物的专利[10]，德国巴斯夫公司将环保的聚 丙烯酸类囊壁的相变材料微胶囊成功地应用到了旧房屋的节能改造领域中[11]，但均对此类 胶囊的制备方法和性能的详细报道很少。本文成功制备了聚丙烯酸树脂为囊壁，正十八烷为 囊芯的相变材料微胶囊，并对 其性能进行了表征。 1.实验部分 1.1 实验药品 甲基丙烯酸（C4H6O2，纯度90%），甲基丙烯酸甲酯（C5H8O2，纯度99.5%），均为天 津市科密欧化学试剂公司提供，两单体分别用浓度10%的氢氧化钠溶液洗涤以去除阻聚剂 和减压蒸馏法提纯；正十八烷（C18H38），纯度99%，进口；乳化剂SMA（固含量为19%的 苯乙烯-马来酸酐共聚树脂乳液），上海皮革化工厂产品；过氧化二苯甲酰(C14H10O4, 纯度99%)，过硫酸钾（K2S2O8，纯度99.5%），均为引发剂，分别为天津化学试剂一厂和天津市 化学试剂三厂产品；氢氧化钠(NaOH），分析纯，为天津市化学试剂三厂产品。 1.2 正十八烷微胶囊的制备 1本课题得到国家自然科学基金（50573058）、天津市科技计划项目（09ZCKFGX02200）和中国博士后自然 科学基金（20070410764）的资助。
相变材料
浅谈相变储能材料的热能储存技术及其应用 云南师范大学能环学院再生B班马侯君（12416181） （云南师范大学太阳能研究所 650500） 摘要：由于相变储能材料具有储能密度高、储能放能近似等温、过程易控制等特点，因此，采用相变储能材料的热能储存技术是提高热能转化和回收利用效率的重要途径，也是储存可再生能源的有效方式之一。鉴于可供选用的相变储能材料种类多、相变温度范围大，使其在许多工程应用中具有较大的吸引力，筒要介绍利用相变储能材料的热能储存技术及其在工程中的多种应用。本文对热能存储技术的主要类型和技术原理进行了简要介绍，讨论了建筑采暖系统中热能 存储技术的应用现状及发展的趋势。 关键词：相变储能材料热能储存技术工程应用建筑采暖 1 引言 利用相变储能材料的热能储存技术是协调能源供求矛盾、提高能源利用效率和保护环境的重要技术，也是储存和回收利用短期或长期需求能源的一种有效途径。它在工业与民用建筑的采暖、空调、温室、太阳能热利用、工业生产过程的热能回收和利用等多个领域得到了广泛的应用，并已逐步成为世界范围高度重视的研究领域。特别是随着相变储能材料的基础和应用研究的不断深入，利用相变储能材料的热能储存技术的应用深度和广度都将不断拓展。为此，本文着重介绍相变储能材料及其研究，以及利用各种相变储能材料的热能储存技术在工程中的多种应用。 2 相变储能材料及其研究 相变储能材料的种类 人们对相变储能材料的研究可以追溯到20世纪70年代，近几十年来国内外研究人员对相变储能材料的研究和开发进行了大量的研究工作，取得了一定的研究成果，得到了具有温度变化小、储能密度大、过程易控制并适于利用材料的相变潜热进行热能储存的多种相变储能材料。根据其相变形式可分为固-液相变储能材料、固-固相变储能材料、固-气相变储能材料、液-气相变储能材料4类，虽然固-气相变和液-气相变具有的相变热大，但其体积上的大变化使相变储能系统变得复杂和不实用，因此，后两种相变储能材料在实际应用中很少被选用，应用较多的相变储能材料主要是固-液相变储能材料和固-固相变储能材料两类。 固-液相变储能材料 在固-液相变储能材料中，主要有无机相变储能材料、有机相变储能材料及其共融混合物3类。 (1)无机相变储能材料 无机相变储能材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其它无机物。其中，水合盐是适于温度范围在 0"--150℃的潜热式储存的典型无机相变储能材料，它也是中低温相变储能材料中重要的一类，其优点是价格便宜、单位体积储能密度大、一般呈中性；缺点是过冷度大和易析出分离，需要通过添加成核剂和增稠剂进行处理。常用作相变储能材料的结晶水合盐热物理性能见表1。 表1 常用作相变储能材料的结晶水合盐热物理性能
相变储能材料在建筑节能中的应用
相变储能材料及其在建筑节能中的应用摘要：相变材料具有储能密度大、效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点。将该材料用于墙体天花板和地板，可提高建筑物热容量，从而可以降低室内温度波动，提高舒适度。本文介绍了相变储能材料的机理及其分类，综述了目前国内外相变节能材料的研究进展，分析了相变材料用于建筑上的应用方面，列举了相变材料在示范性建筑中的使用情况，最后提出相变储能材料的不足之处及应用前景。 关键词：建筑节能，相变，蓄能，建筑材料 Phase Change Materials and Its Application in the Construction of Energy-efficient Ji yongyu (Xi'an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055) Abstract: A phase change material having a large energy density, high efficiency, and other advantages approximately constant temperature of the endothermic and exothermic. The materials used for walls ceilings and floors, the building thermal capacity can be increased, which can reduce the indoor temperature fluctuations and improve comfort. This paper describes the mechanism of phase change material and its classification, review the progress of the current domestic and international research phase change energy-saving materials, analysis of phase change materials for applications in buildings, citing the phase change material in an exemplary buildings usage, concludes the phase transition inadequacies energy storage materials and application prospects. Keywords: building energy efficiency, phase transformation, storage, construction materials 0 引言 近年来随着中国的经济快速发展以及人们生活水平的日益提高，人们对室内环境舒适度的要求也越来越高。在影响室内环境舒适度的诸多因素中，室温是一个非常关键的因素，而维持室温在 16.0~28.0°C 是保持室内环境舒适度的关键。为达到这一标准，人们通过利用空调和供暖系统来调节温度，但是相应的会造成能耗大幅度增加和能源消耗过快、环境污染加剧等问题。如何在室内环境舒适度、节能、环保中保持平衡已经成为建筑设计以及节能领域的热点问题 在众多的节能方法中, 近年新出现的相变储能材料, 逐渐走进人们的视野, 成为建筑节能开发的新宠。相变储能材料在很多领域都有应用, 但应用于建材的研究始于1982 年, 由美国能源部太阳能公司发起, 在我国才刚刚起步。相变储能材料的英文全称为Phase Change Material, 简称为PCM。相变储能材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质，在一定的温度范围内,利用材料本身相态或结构的变化, 当环境温度升高或降低时, 它可以向环境自动吸收多余热量储存起来或释放储存的热量能起到保温作用。 1 相变储能材料介绍
微胶囊相变储能材料制备工艺
微胶囊相变储能材料制备工艺 1概述 1.1MCPCM定义 相变材料是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来储热[1]。微胶囊相变材料（MCPCM）是应用微胶囊技术在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型复合材料，它是利用聚合物作壁材，相变物质为芯材制备的微小颗粒，具有储热温度高、设备体积小、热效率高以及放热为恒温过程等优点，利用MCPCM 这种储热、放热作用，可以调整、控制工作源或材料周围环境的温度[2]。在MCPCM中发生相变的物质被封闭在球形胶囊中，从而可有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，有利于改善相变材料的应用性能，并可拓宽相变蓄热技术的应用领域[3]。相变材料在产生相变时能够吸收发热体的热量，使其温度不再升高或升高较小；当发热体不工作时，其温度降低，相变材料可以恢复原来的相结构，因此可以多次重复使用。 1.2MCPCM的组成 微胶囊粒子的形态多种多等形状[4]。微胶囊是直径在1~500μm的微小“容器”，它主要由囊芯和组成。微胶囊囊芯可以是固体、液体或气体，可以由一种或多种物质组成。囊芯应具有潜热大、无毒性、化学稳定性及热稳定性等特点。目前，可作为微胶囊囊芯的相变材料主要有结晶水合盐和石蜡，此外还有直链烷烃、聚乙二醇、短链脂肪酸等[5]。壁材通常是天然或合成的高分子材料或无机物，有单层和多层的。壁材的选择依据囊芯的性质、用途而定。 囊壁材料为无机和有机高分子材料。无机壁材有无机盐（如硅酸钙等）和金属；有机壁材主要是高分子材料，如脲醛树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。有时为了提高囊壁的密闭性或热、湿稳定性，可将几种壁材联合使用[6]。 1.3MCPCM的分类 MCPCM可从不同角度进行分类，根据材料的化学组成分类可分为无机MCPCM、有机MCPCM和混合MCPCM；根据储热的温度范围分类可分为高温MCPCM、中温MCPCM和低温MCPCM，高温MCPCM主要是一些熔融盐、金属合金；中温MCPCM主要是一些水合盐、有机物和高分子材料；低温MCPCM主要是冰、水凝胶；根据储能方式分类可分为显热式MCPCM、化学能转化式MCPCM和潜热式MCPCM；根据贮热过程中材料相态的变化方式分类可分为固-液MCPCM、固-固MCPCM、固-气MCPCM和液-气MCPCM[7]。 1.4MCPCM的特性 MCPCM具有如下的特性[6]：（1）提高了传统相变材料的稳定性。传统相变材料稳定性差，易发生过冷和相分离现象。形成微胶囊后，这些不足会随着胶囊微粒的变小而得到改善。（2）强化了传统相变材料的传热性。MCPCM颗粒微小且壁薄（0.2~10μm），提高了相变材料的热传递和使用效率。（3）改善了传统相变材料的加工性能。MCPCM颗粒微小，粒径均匀，易于与各种高分子材料混合构成性能更加优越的复合高分子相变材料。（4）微胶囊相变材料便于封装，可以降低相变材料的毒性，绿色环保。 1.5MCPCM的应用 MCPCM在相变过程中，内核发生固液相变，而其外层的高分子膜保持为固态，因此该类相变材料在宏观上表现为固态微粒。MCPCM能够在10~800℃的温度范围内，吸收或放出50~200J/g的热量，而且在吸、放热量过程中，温度几乎不发生变化，这种独特的热性能已经得到了研究人员较为广泛的重视，应用领域正在迅速扩大[8]。MCPCM的应用主要可以分为两个方向：一是利用其相变时的潜热，把它与传热流体混合，提高传热流体的热容，用于热量传输、冷却剂等；二是利用其相变温控特性，将其应用于纺织品、建筑物、军事目标等，提高热防护性或者调节温度[9]。微胶囊相变材料降低了相变物质对设备的腐蚀性，阻止了相变物质的流动，防止了相分离，提高了材料的使用效率，拓宽了相变材料的应用领域。 2MCPCM的主要制备工艺
相变储能材料 [兼容模式]111216
北京同方辰源科技发展中心 相变储能材料项目 2011年10月北京
一、项目背景与投资方简介
背景——能源危机 能源是人类赖以生存的五大要素之一，随着我国经济的飞速发展，我国的能源消费已经位居世界第二，能源紧飞速发展我国的能源消费已经位居世界第二能源紧 张的状况日益突出，节能是当前我国经济和社会发展的 项极为紧迫的任务，为缓解能源瓶颈制约，促进经济一项极为紧迫的任务，为缓解能源瓶颈制约，促进经济社会可持续发展，节能问题已经明确列入我国的”十一. 五”规划。根据国家“十一五”规划: 单位国内生产总 值能耗要降低20％。其中，建筑、工业、交通三领域并 列，成为我国能源的三大“耗能大户”。
料节革命建筑材料节能的一场革命
国内建筑能耗节省是耗能节省的重中之重 建筑能耗占全社会能耗的30% 根据国家建筑节能总目标到 根据国家建筑节能总目标，到2010年建筑节能应达到50％的节能标准。 建筑能耗主要包括建造能耗生活能耗采暖空调能 建筑能耗主要包括建造能耗、生活能耗、采暖空调能 耗等，其中最主要的是采暖空调能耗，占55%，这也 是最具节能的关键环节 我国现在每年新建房屋20亿平方米，其中90%以上是高能耗建筑。而对于现有的建筑，高达430亿平方米，其中只有5%采取了提高能源利用效率的措施，且技术也比较落后。平均下来，我国单位建筑面积采暖能耗为发达国家的3倍以上 倍上
我国建筑能耗的特点——总量大，墙体占比多 夏季空调用量大：自1997年以来，中国每年发电量按5-8%的速度增长，工业用电量每年减少17.9%。由于空调耗电大、使用集 179% 中，有些城市的空调负荷甚至占到尖峰负荷的50%以上。上海、北京、济南、武汉、广州等普遍存在夏季缺电现象。 冬季采暖能耗高中国的东北华北和西北等地区城镇的建筑 冬季采暖能耗高：中国的东北、华北和西北等地区，城镇的建筑 面积约占全国的50%，年采暖用能约1.3亿吨标准煤，占该地区全社会总能耗的21.4%。而在一些严寒地区，城镇建筑能耗已经占到当地全社会总能耗 通过墙体造成的能耗约占建筑总能耗的50%以上。
相变储能材料在建筑节能中的应用[1]
相变储能材料在建筑节能中的应用 随着人们生活水平以及对工作与居住环境舒适度要求的提高，空调能耗随之大幅度增高，造成能源消耗过快、环境污染增加、电网负荷峰谷过大、峰负荷时电力供应严重不足等建筑能耗增加的问题，目前欧美发达国家的建筑能耗已达到全社会总能耗的40％，在我国建筑能耗约占全国总能耗的27．8％，随着经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，建筑能耗的比重将进一步增加。因此，建筑节能技术的开发与应用已成为当前建筑和建筑材料领域的热点问题之一。目前广泛应用的外墙外保温和内墙内保温技术虽然可以降低能量的消耗，但由于材料本身的热容量有限，不能充分地将能量进行储存利用，因而限制了建筑节能的能力。 如何在维持可持续发展的前提下，使用最低能耗达到居住环境舒适度最大化？这里就要用到相变储能材料。相变储能材料（Phase Change Materials，PCMs）是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，由于相变物质在其物相变化过程(熔化或凝固)中，可以从环境吸收或放出大量热量，同时保持温度不变，可以多次重复使用等优点，将其应用于建筑节能领域不但可以提高墙体的保温能力，节省采暖能耗，而且可以减小墙体自重，使墙体变薄，增加房屋的有效使用面积，因此可以说，相变储能技术是实现建筑节能的重要途径。相变储能建筑材料是通过向传统建筑材料中加入相变材料制成的具有较高热容的轻质建筑材料，具有较大的潜热储存能力。通过用相变储能建筑材料构筑的建筑围护结构，可以降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑供暖或空调不用或者少用能量，提高能源利用效率，并降低能源的运行费用。因而具有广阔的应用前景。 对于相变储能材料，比较系统的科学研究是在第二次世界大战以后展开。美国麻省理工的M.Telkes 和https://www.wendangku.net/doc/1412885334.html,ne 等人在相变材料的配制和性能研究、相平衡、结晶、相变传热、相变储能系统设计等方面做了大量工作。20 世纪70 年代初，第一次能源危机爆发，西方发达国家受到巨大冲击，但促进了社会和工程界对相变储能材料和建筑节能技术的重视，相变储能材料的理论和应用研究也得到了长足的进步和发展。目前，相变材料在建筑领域的应用已经成为其最为重要的利用途径之一，它在太阳能系统、工业余热利用、电力调峰、纺织业等都有很广泛的利用。可以预计，在今后相当长的时间里，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。
微胶囊相变储能材料制备工艺现状
综述专论 于娜娜* 高志谨 王晓敏 李杨 摘要：微胶囊相变储能材料（MCPCM）是将微胶囊技术应用到相变材料中而形成的新型复合相变材料。文章介绍了微胶囊相变材料及其结构组成、特性、应用领域、制备方法，并对其发展前景进行了展望。 关键词：微胶囊；相变储能材料；制备工艺 中图分类号：TQ026 文献标识码：A 文章编号: T1672-8114(2012)02-009-05 （中北大学 化工与环境学院，山西 太原030051） 1 概述 1.1 MCPCM定义 相变材料是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来储热[1]。微胶囊相变材料（MCPCM）是应用微胶囊技术在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型复合材料，它是利用聚合物作壁材，相变物质为芯材制备的微小颗粒，具有储热温度高、设备体积小、热效率高以及放热为恒温过程等优点，利用MCPCM这种储热、放热作用，可以调整、控制工作源或材料周围环境的温度[2]。在MCPCM中发生相变的物质被封闭在球形胶囊中，从而可有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，有利于改善相变材料的应用性能，并可拓宽相变蓄热技术的应用领域[3]。相变材料在产生相变时能够吸收发热体的热量，使其温度不再升高或升高较小；当发热体不工作时，其温度降低，相变材料可以恢复原来的相结构，因此可以多次重复使用。 微胶囊相变储能材料制备工艺现状 1.2 MCPCM的组成 微胶囊粒子的形态多种多样，大多为球形，但也有更豆、谷粒及无定形颗粒等形状[4]。微胶囊是直径在1~ 500μm的微小“容器”，它主要由囊芯和组成。 微胶囊囊芯可以是固体、液体或气体，可以由一种或多种物质组成。囊芯应具有潜热大、无毒性、化学稳定性及热稳定性等特点。目前，可作为微胶囊囊芯的相变材料主要有结晶水合盐和石蜡，此外还有直链烷烃、聚乙二醇、短链脂肪酸等[5]。壁材通常是天然或合成的高分子材料或无机物，有单层和多层的。壁材的选择依据囊芯的性质、用途而定。 囊壁材料为无机和有机高分子材料。无机壁材有无机盐（如硅酸钙等）和金属；有机壁材主要是高分子材料，如脲醛树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。有时为了提高囊壁的密闭性或热、湿稳定性，可将几种壁材联合使用[6]。1.3 MCPCM的分类 M C P C M 可从不同角度进行分类，根据材料的化学组成分类可分为无机MCPCM、有机MCPCM和混合MCPCM；根据储热的温度范围分类可分为高温MCPCM、中温MCPCM和低温MCPCM，高温MCPCM 主要是一些熔融盐、金属合金；中温MCPCM主要是一些水合盐、有机物和高分子材料；低温MCPCM主要是冰、水凝胶；根据储能方式分类可分为显热式 作者简介：于娜娜（1987-），女，河北沧州人，中北大学化工与环境学 院在读硕士，主要研究方向：超重力场中的多相流传质与化学反应。
无机相变储能材料
无机相变储能材料 水合盐Na2HPO4·12H2O微胶囊 李汶卒 （武汉理工大学高分子0801） 摘要：微胶囊化相变材料是将微胶囊技术应用于相变材料而形成的新型技术，具有广阔的应用前景。该文以无机盐Na2HPO4·12H2O为芯材，有机高聚物聚氨酯为壁材，以界面聚合法合成无机相变材料的微胶囊，并用红外光谱仪，透射电子显微镜（TEM），差示扫描量热仪（DSC），热重分析仪（TG）对其性能进行评价。 关键词：相变材料，微胶囊，界面聚合，十二水磷酸氢二纳，聚氨酯 1.前言 相变储能是利用相变材料的相变热进行能量贮存的一项新型环保节能技术。相变材料是在其本身发生相变的过程中，吸收环境的热量，并在需要时向环境放出热量，而达到控制周围环境温度和节能的目的。它已在制冷低温、太阳能利用、建筑节能、航空航天等领域获得广泛的应用[1-2]。 相变储能材料按照其化学组成可以分为：无机相变材料、有机相变材料和混合相变材料。无机类中典型的是无机盐结晶水合盐类，如：Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O、Na2HPO4·12H2O 等[3]。它广泛的应用于中、低温相变储能中，具有使用范围广、导热系数大、融解热较大、贮热密度大、相变体积变化小、毒性小、价格便宜等优点。但是，这类材料通常存在着两个问题，一是过冷现象，另一个是出现相分离[4]。 相变材料的封装方式有：容器封装、有机物插层、高聚物接枝、及微胶囊化等多种方法。 本文探讨以无机盐为芯材的微胶囊的制备。选取低温相变材料中单位质量储热量最大的水合盐十二水磷酸氢二纳（Na2HPO4·12H2O）以为囊芯，以甲苯-2，4-二异氰酸酯与乙二醇缩聚合成聚氨酯囊壁，用界面聚合法制备Na2HPO4·12H2O微胶囊。 2．实验 2.1 界面聚合方法制备水合盐Na2HPO4·12H2O微胶囊原理 2.1.1 实验试剂、仪器 甲苯-2，4-二异氰酸酯（TDI），化学纯；乙二醇，化学纯;正二十烷，化学纯;Span80，;氯仿，分析纯；环己烷，分析纯；二月桂酸二丁基锡。 数显搅拌器，红外光谱仪，透射电子显微镜（TEM），差示扫描量热仪（DSC），热重分析