相变材料导热系数测试方法

        储热系统按照储热方式不同可以分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三类，相变材料（PCM）是利用相变过程中吸收或释放的热量来进行潜热储能的物质。与显热储能材料相比，PCM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，因此可以应用于很多领域，如太阳能利用、废热回收、智能空调建筑物、调温调湿、工程保温材料、医疗保健和纺织行业等等。但化学反应热蓄热虽然具有储能密度大的特点，但应用技术和工艺太复杂，目前只能在太阳能领域受重视，离实际的应用还很远，因此PCM成为了热能储存的主要利用方式。

        相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物。由于它的应用十分广泛，目前已成为一种日益受到重视的新材料。导热系数的大小直接关系到相变储能装置的蓄能和释放功率。因此，采取必要措施强化相变材料导热性能，并采用合适技术手段对材料导热系数测试，已经成为相变储能技术的必要研究环节。

        加拿大C-Therm公司拥有世界领先的导热系数仪Trident。Trident采用改良瞬态平面热源法（Modified Transient Plane Source， “MTPS”），可直接对固体、液体、粉末和胶体等各种材料的导热系数和蓄热系数进行快速、精确地测定。TCi的应用领域包括聚合物材料、相变材料、粉末材料、热界面材料、纳米材料、传热流体、隔热材料、热电材料、含能材料、建筑材料、地质材料和功能性织物等。

        Trident可用于实验室研发，质检控制及生产制造过程，并可非常方便地同控温箱、高压仓和手套箱等其他实验设备联合使用，满足用户对各种测试环境的不同需求。 除MTPS探头外，Trident另有瞬态热线法（Transient Line Source）探头可选，用于测试熔融高分子、土壤、沥青、油、蜡等材料。

导热系数测试范围：0~500W/mK

广泛温度范围：-50~200℃，可扩展至500℃

无需样品制备，无损测试

测试时间快速：0.8~2.5秒

适用范围：可测试固体，液体，粉体，胶体

最小测试样品尺寸：0.71" (18mm) 直径

最大测试样品尺寸：不限

最小测试样品厚度：通常 0.02" (0.5mm), 基于测试物体的热传导性

标准：ASTM D7984、ASTM D5334、ASTM D5930、IEEE 442-1981

· 导热系数仪在相变材料上的应用

        导热性能是评价相变材料好坏的关键影响因素。目前改善相变材料导热性能的方法是，在相变材料中加入金属、陶瓷材料和热解石墨等导热系数高的填料，填料通常有以下结构形式：粉末、纤维、肋片及蜂窝。利用两种或者三种相变温度不同的材料按照相变温度高低顺序进行放置，可得到合适的相变温度点，同时加快导热速度。

一、石墨片对相变材料导热性能影响

韩国崇实大学的Sumin Kim教授[1]研究了膨胀纳米石墨片对相变材料/硅藻土复合材料导热性能的影响。

复合材料：相变材料（十六烷、十八烷、石蜡）+硅藻土

添加材料：膨胀纳米石墨片（xGnP）

图中纯相变材料的导热系数为0.32、0.18和0.23W/mk，PCM/硅藻土复合材料的导热系数为0.39、0.25、0.33W/mk，可知，将相变材料混入硅藻土结构中，可提高相变材料导热系数。PCM/硅藻土复合材料+xGnP的导热系数为0.42、0.35和0.41W/mk，添加石墨片后，复合材料的导热系数也相应增加。因此石墨片可作为添加材料提高相变材料的导热系数。

二、新型无机钙基相变材料导热性能

天津科技大学邓天龙教授[2]研究了室温条件下新型无机钙基相变材料导热性能。

材料：水（47.1wt%）、氯化钙（47.7wt%）、 硝酸钾（2wt%）、溴化钾（2wt% ）和氯化锶（1.2wt% ）

固液相变温度：21.4 °C

邓教授测试了10℃-40℃温度下PCM-Ca材料的导热系数。固相下PCM-Ca材料的导热系数为0.3512 W/mk，液相下PCM-Ca材料的导热系数为0.5221W/mk，在相变过程中，材料的导热系数可达到1.3637W/mk。PCM-Ca材料具有较高的导热系数，适用于作为建筑节能材料。

三、水泥基复合储热材料导热性能

斯威本科技大学的Sayanthan Ramakrishnan教授[3]将相变材料（石蜡和膨胀珍珠岩）添加到水泥砂浆中，制备成水泥基复合储热材料，研究其在建筑材料中的保温性能。

随着相变材料含量的增加，复合材料的导热系数逐渐降低。与普通水泥砂浆相比，TESC-20, TESC-40, TESC-60和TESC-80 的导热系数降低15.8%, 31.6%, 52.6% 和65.8%。水泥基复合储热材料导热系数越低，越有利于建筑材料的隔热性能，提高材料的储热能力。

结语：

相变材料的导热系数是表征材料热传导能力的一个重要参数，在航空航天领域，建筑，织物等领域都有很重要的应用。C-Therm的Trident采用改良瞬态平面热源法，可以非常方便，快速的测试材料的导热系数，为科研研究过程提供重要的帮助。