摘要在制备（ＫＮＯ３－ＬｉＮＯ３－Ｃａ（ＮＯ３）２）／膨胀（Ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ，ＥＧ）复合相变材料过程中，硝酸共晶盐与ＥＧ的混匀程度直接影响着复合相变材料的蓄放热性能。ＫＮＯ３、ＬｉＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２按一定比例熔融混合制备得到共晶盐，然后再加入不同质量的水使共晶盐溶解，最后再将设定质量比的ＥＧ加入并搅拌混匀，加热将水分蒸发完全后得到复合相变材料。利用电子扫描显微镜（ＳＥＭ）观察ＥＧ的微观形貌，用综合热分析仪（ＤＳＣ Ｑ６００）测定所制备的复合相变材料的相变潜热值并用导热仪测量其导热系数。实验结果表明，对于ＥＧ质量分数为５％的复合相变材料，当溶解水量大于２００ｇ时，热物性较为理想。另外，ＥＧ含量越多，复合相变材料的导热系数越大。
０ 引言
随着能源环境问题的日益突出，相变蓄热材料和蓄热技术已经成为国内外众多学者的研究热点，并且已经开始应用于多个领域，例如：应用于建筑物的墙壁不仅可以节约能源，还能减小室内空气温度的波动，提高房间的舒适度；应用于太阳能热发电系统，可以有效地缓解能量供求双方在时间、空间和地域分布上的矛盾，提高系统发电效率。此外，其在工厂废热、余热的回收利用和空调的节能领域也具有广阔的应用前景。
１ 实验
１ 试剂与仪器
ＫＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２·４Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３（纯度均不小于９９．０％）；可膨胀石墨粉（纯度９９％，５０目，膨胀倍数２００倍）；去离子水。差示扫描量热仪（ＳＤＴ Ｑ６００）；导热系数测试仪（ＤＲＥ－２Ｃ）；电子天平（精度０．１ｍｇ）；电热恒温干燥箱；变频电动搅拌器；恒温电加热板；不锈钢盆等。
２ （ＫＮＯ３－ＬｉＮＯ３－Ｃａ（ＮＯ３）２）／ＥＧ复合相变材料的制备
首先将马弗炉温度设定为１０００℃，可膨胀鳞片状石墨粉放在马弗炉中膨胀４０ｓ后放置冷却备用，膨胀后的石墨粉图片如图１所示。
在电子天平上分别称取粉末状药品ＫＮＯ３、ＬｉＮＯ３和Ｃａ（ＮＯ３）２·４Ｈ２Ｏ，总质量为５０．４３ｇ，置入不锈钢盆中，高温加热熔融制备得到共晶盐。然后加入５０ｇ的去离子水，在加热板上加热并搅拌至共晶盐完全溶解，得到未饱和的硝酸共晶盐溶液。再称取一定质量比的膨胀石墨粉（ＥＧ质量占复合相变材料总质量的５％）加入到共晶盐溶液中，并用搅拌器不停地搅拌，使共晶盐溶液尽可能浸入到ＥＧ的多孔结构中，形成均匀的混合物，同时蒸发掉一部分水分。将搅拌好的含少量水分的上述混合物置于１８０℃的恒温干燥箱内２４ｈ得到粉末状（ＫＮＯ３－ＬｉＮＯ３－Ｃａ（ＮＯ３）２）／ＥＧ复合相变材料，如图２所示。
然后在粉末状复合相变材料冷却过程中快速压块处理，制块压力为５ＭＰａ，制备得到复合相变材料如图３所示。随后，以同样的方法，用不同的水量（１００ｇ、１５０ｇ等）制备ＥＧ含量为５％的复合相变材料。
1.３ 样品的测试与表征
导热系数由导热仪测定，利用ＳＤＴ Ｑ６００型综合热分析仪在氮气气氛下，测量复合相变材料的相变温度和相变潜热值，升温速率为５℃／ｍｉｎ，温度变化范围是５０～２００℃，样品锅为纯铝坩埚。
２ 结果及讨论
2.1 纯硝酸熔融盐的ＤＳＣ测试分析
３种硝酸盐（ＫＮＯ３、ＬｉＮＯ３和Ｃａ（ＮＯ３）２）按不同比例进行熔融混合制备出多种硝酸共晶盐，并对其进行ＤＳＣ测试分析。本实验选定了其中一种代表性三元硝酸共晶盐作为复合相变材料的蓄热基体，其相变温度在１１０℃左右，热物理性质稳定。图４为硝酸共晶盐的ＤＳＣ测试图。以标准蓝宝石样品为参照，计算出了该比例硝酸共晶盐在５０～２００℃的比热容，并将该硝酸共晶盐的比热容随温度的变化绘制成曲线，如图５所示。
２．２ 复合相变材料的ＤＳＣ测试分析
本实验中的ＥＧ具有较大的比表面积和较强的多孔吸附作用，因此在硝酸共晶盐溶液与多孔ＥＧ混合时，水溶液的量会影响到两者的混匀程度，从而进一步影响到复合相变材料的热物性。图６为在１００ｇ、１５０ｇ、２００ｇ、２５０ｇ、３００ｇ水溶液的条件下制备得到的复合相变材料的ＤＳＣ测试图。
用不同水量制得样品的相变潜热值对比如图７所示，纯硝酸盐的相变潜热值为９５．６１Ｊ／ｇ，对含有质量分数为５％ＥＧ的复合相变材料，其相变潜热值应为纯硝酸盐的相变潜热值与复合相变材料中所含有硝酸盐百分含量的乘积，即９０．８３Ｊ／ｇ。
而当水量为１００ｇ和１５０ｇ时，复合相变材料的相变潜热值较小，主要原因是混合时水量不足，导致膨胀石墨与共
从图６可以看出，当水溶液量为１００ｇ时，复合相变材料起始相变温度为１０７．３１℃，其余４种都在１００℃左右。这可能是因为，当混合水量较少时，ＥＧ和硝酸共晶盐溶液未充分混匀，在进行ＤＳＣ测试时造成传热不均，从而导致起始相变温度升高。相变峰值温度也是由于以上原因造成了差异
５种不同水溶液量制得的样品，其相变终点温度十分接近，这是因为，样品经过一段时间的相变过程后，整体受热变得均匀，没有形成较大差异。晶盐无法均匀混合，制得的复合相变材料在发生相变时因受热不均而导致部分相变材料相变推迟，从而使其潜热值变低。当水量超过２００ｇ时，由于在膨胀石墨与共晶盐混合时，足够的水量使得两者能够有机结合，从而使得复合相变材料的潜热值增幅不大，且接近于理论值。ＥＧ１０％（质量分数）的复合相变材料具有相的变化趋势，但是此时的最佳用水量为４５０ｇ左右。
2.３不同水量的硝酸盐溶液与膨胀石墨粉混合后的导热性能分析
采用某设定比例的硝酸共晶盐先在不同质量的纯水中溶解，然后再与５％ＥＧ（７．１５ｇ）和１０％ＥＧ（１４．０８ｇ）进行混合，通过导热系数测试仪测定试样的导热系数，测试数据如图８所示。ＥＧ含量为５％的样品的导热系数随着水溶液量的增加先升高随后趋于平稳，这是因为在水溶液不足２００ｇ之前，增加水量可以使硝酸盐溶液更加充分地渗入到ＥＧ微孔中，在水溶液超过２００ｇ后，硝酸盐溶液已完全充满ＥＧ微孔，多余的硝酸盐溶液游离在ＥＧ微孔之外，再增加溶液水对性能影响不大。由此可见，提高复合相变材料性能需要提高ＥＧ微孔对相变材料的吸附率，较多的水溶液有利于提高微孔吸收率。但是过多的水溶液增加了蒸发水分的能耗。从图８也可以看出，５％ＥＧ对应２００ｇ水比较合适。
对于ＥＧ含量为１０％的样品也具有类似的变化趋势，但是此时的最佳用水量在４５０ｇ左右。另外，ＥＧ含量为１０％的复合相变材料最终平稳后的导热系数为１５．５Ｗ／（ｍ·Ｋ），大于含量５％的复合相变材料的导热系数９．７Ｗ／（ｍ·Ｋ），说明提高ＥＧ含量能够有效提高复合相变材料的导热性能。
３ 结论
对于５％ＥＧ（７．１５ｇ）和１０％ＥＧ（１４．０８ｇ）的复合相变材料，当用水量分别为２００ｇ和４５０ｇ时，复合相变材料的相变潜热值和导热系数都趋于稳定。
膨胀石墨粉的添加能够有效增强相变材料的传热性能，１０％ＥＧ复合相变材料的导热系数是５％ＥＧ复合相变材料的１．６倍。
（３）采用的未饱和共晶盐水溶液法有利于制备性能稳定的（ＫＮＯ３－ＬｉＮＯ３－Ｃａ（ＮＯ３）２）／ＥＧ复合相变材料。
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