admin 指南：PCM-Phase Change Material是指温度不变时改变物质状态并提供潜热的物质。
转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料可分为有机（Organic）和无机(Inorganic) 相变材料。亦可分为水合盐（Hydrated Salts）相变材料和蜡质(Paraffin Wax)相变材料。相变储能材料在许多领域具有应用价值，包括太阳能利用、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、食物保鲜、建筑隔热保温、电子器件热保护、纺织服装、农业等等。图1 相变储能材料
相变材料性能测试是相变材料开发和用应用中重要的一部分，材料的性能参数决定着材料的应用。相变材料在开发和应用过程中常用的性能指标主要有：相变温度、相变潜热、比热、分解温度、导热系数、密度、体积变化率、循环热稳定性和腐蚀性。
表1 相变材料常用测试项目和测试方法
下面我们来具体介绍相变材料测试中所用到的方法或仪器：
1 相变温度
相变温度可以采用差示扫描量热仪进行测试，将样品和在所测定温度范围内不发生相变，且没有任何热效应产生的参比物，在相同的条件下进行等温加热或冷却，当样品发生相变时，在样品和参比物之间就产生一个温度差。放置于它们下面的一组差示热电偶即产生温差电势UΔT，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使样品和参比物之间温差趋于零，两者温度始终维持相同。此补偿热量即为样品的热效应，以电功率形式显示于记录仪上。
图2 相变温度测试曲线
2 相变潜热
相变潜热也可采用差示扫描量热仪进行测定，其原理与上述相变温度测试相同。在分析软件上对材料测试曲线的熔融峰进行积分，即可求得试样的相变潜热。
图3 相变潜热测试曲线
3 比热容
比热容的测定采用差示扫描量热仪，仪器原理与上述相变温度测试相同。先采用仪器进行基准曲线的绘制，然后待仪器冷却后再进行标准物质（蓝宝石）的曲线绘制，最后仪器冷却后再进行样品曲线的绘制。
图4 差示扫描量热仪测试基准、标准物质、样品的比热曲线图
比热容计算公式如下：
式中：L1——温度为t时样品曲线的DSC值；
L0——温度为t时基准曲线的DSC值；
m1——标准物质（蓝宝石）的质量的数值，单位为克（g）；
L2——温度为t时标准物质（蓝宝石）曲线的DSC值；
m2——试验样品Ａ的质量的数值，单位为克（g）；
Cp1——标准物质（蓝宝石）的比热容，单位为焦每克开[J/（g·K）]。
4 分解温度
分解温度采用热重分析仪进行测定，其原理是：利用热重法检测样品温度质量变化关系。在程序控温下，测量样品的质量随温度（或时间）的变化关系。当被测样品在加热过程中分解时，被测的样品质量就会发生变化。样品质量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，微小的电磁量经过放大器放大后，送入记录仪记录；而电量的大小正比于样品的重量变化量。当被测物质在加热过程中分解时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测样品在多少温度时产生变化。
图5 热重分析仪测试分解温度的曲线图
5 导热系数
导热系数的测定采用激光热扩散系数仪，原理：使用激光脉冲均匀照射圆盘状试样的正面，通过记录样品背面的温度响应，可以得到样品的热物性。其物理模型为，初始条件为在恒定温度下，样品正面收到一个瞬间能量脉冲，根据样品的厚度、热量从正面传递到背面所需的特征时间函数，可以获得样品的热扩散系数；根据比较法获得被测样品的比热，然后根据密度值，计算得到样品的导热系数。
图6 激光热扩散系数仪测试的特征温度曲线
样品的热扩散系数α计算公式：
式中：0.13879——换算因子；
H——石墨坩埚的高度，单位为厘米（cm）；
t50——从起始脉冲开始到试样背面温度升至最高所需的一半时间，单位为秒（s）。
样品的导热系数λ计算公式：
式中：α——样品的热扩散系数，单位为平方厘米每秒（cm2/s）；
Cp——样品的比热容，单位为焦每克开[J/（g·K）]；
ρ——样品的密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）。
6 密度
相变材料固态状态下的密度测试可以采用密度公式进行测量，先称量样品的质量，然后测定固态相变材料的体积（排水法或排油法），再根据密度公式ρ=m/V计算得出；
相变材料液态状态下的密度可通过熔体物性检测仪进行测试，原理为：样品在一定温度下熔化后，根据样品的质量与体积的比值确定其熔融状态下密度。
样品的密度ρ计算公式：
式中：m2——试验样品和坩埚的质量数值，单位为克（g）；
m1——坩埚的质量数值，单位为克（g）；
d——坩埚的内经，单位为厘米（cm）；
h——样品熔融后的液面高度，单位为厘米（cm）。
7 体积变化率
相变材料的体积变化率可以根据相变材料的密度变化进行推导，其计算公式如下：
式中：ε——材料从固态转变为液态的体积变化率，单位（%）；
ρ固——材料在固态状态下的密度，单位（g/cm3）；
ρ液——材料在液态状态下的密度，单位（g/cm3）。
8 循环稳定性
循环稳定性的测试方法是将材料放入高低温循环槽或高低温交变箱，设置约t（相变温度）±20℃的温度范围量程，材料经过先升温再降温（或先降温再升温），经历一个完整的固态-液态-固态（或液态-固态-液态）的转变过程，即为一个循环。每循环50或100次，对循环后的材料进行相变温度和相变潜热测定。相变温度的变化在2℃以内，相变潜热的变化范围在15%以内为合格。
9 腐蚀性
采用挂片腐蚀实验进行材料腐蚀性测试，其原理：将准备好并经过准确称量的金属试片用细丝悬挂全浸在熔融的相变材料试液中，在一定温度和规定时间的条件下进行腐蚀试验，待试验完毕后，取出试片经处理后再称重，通过试片的质量损失来计算材料对试片金属的腐蚀率及腐蚀总量。
腐蚀量计算公式为：
式中：A——腐蚀量，单位（g/cm2）；
m1——金属挂片原质量，单位（g）；
m2——经腐蚀并除去表面产物后金属挂片的质量，单位（g）；
F——金属挂片的表面积，单位（cm2）。
腐蚀速率计算公式为：
式中：V——腐蚀速率，单位（mm/a）；
k——常数，87600；
m1——金属挂片原质量，单位（g）；
m2——经腐蚀并除去表面产物后金属挂片的质量，单位（g）；
F——金属挂片的表面积，单位（cm2）；
T——腐蚀时间，单位（h）；
ρ——金属挂片的密度，单位（g/cm3）.