相变材料
相变材料的种类
摘要：相变储能材料对于能源的开发与应用具有重要意义。综述了相变储能材料的分类、相变特性、并展望其今后的发展方向。
关键字：无机相变材料；有机相变材料；储能；进展；
前言
相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态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和无机相变材料。亦可分为水合相变材料和蜡质相变材料。相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM 、有机PCM 和复合PCM 三类。根据相变的方式不同，又可分为固—固相变,固液相变, 固气相变,液气相变.由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体存在，使材料体积变化较大，因此尽管它们有很大的相变热，但实际应用较少。根据使用的温度不同又可分为低温，中温，高温三种。
无机相变材料
固 -液相变材料是指在温度高于相变点时 ,物固相变为液相吸收热量 ,当温度下降时物相又由液相变为固相放出热量的一类相变材料。目前 , 固 -液无机盐高温相变材料主要为高温熔融盐、部分碱、混合盐。高温熔融盐主要有氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐等。它们具有较高的相变温度 ,从几百摄氏度至几千摄氏度 ,因而相变潜热较大。固 -固相变储能材料是利用材料的状态改变来储、放热的材料。目前 ,此类无机盐高温相变储能材料已研究过的有SCN NH 4,2KHF 等物质。2KHF 的熔化温度为 196 ℃,熔化热为 142 kJ/kg;SCN NH 4从室温加热到 150 ℃发生相变时 ,没有液相生成 ,相转变焓较高 ,相转变温度范围宽 ,过冷程度轻 ,稳定性好 ,不腐蚀 ,是一种很有发展前途的储能材料。
无机盐高温相变复合储能材料近年来 ,高温复合相变储能材料应运而生 ,其既能有效克服单一的无机物或有机物相变储能材料存在的缺点 ,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此 ,研制高温复合相变储能材料已成为储能材料领域的热点研究课题之一。目前,已研究的无机盐高温复合相变材料
主要有 3类:金属基 /无机盐相变复合材料、无机盐 /陶瓷基相变复合材料和多孔石墨基 /无机盐相变复合材料。
1 金属基 /无机盐相变复合材料:
金属基主要包括铝基 泡沫铝 和镍基等 ,相变储能材料主要包括各类熔融盐和碱。例如 ,将相变储能材料 固体粉末状 放在真空电炉中加热 ,加热到一定温度后,当相变材料由固态熔解成液态时 ,称量一定质量的金属基体 Ni 加入熔融盐中进行复合 ,复合一定时间后从真空电炉中取出 ,成品在真空中冷却 ,然后进行干燥、保存等处理。昆明理工大学祁先进 成功制得了各类镍基复合储能材料。
2 无机盐 /陶瓷基相变复合材料:
无机盐 /陶瓷基复合储能材料的概念是 20世纪 80年代末提出的 ,己经成为高温储能材料的研究方向之一。它是由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料无机复合而成 ,由于毛细管张力作用 ,无机盐熔化后保留在基体内不流出来;使用过程中可以同时利用陶瓷基材料的显热又利用无机盐的相变潜热 ,而且其使用温度随复合的无机盐种类不同而变化 ,范围为 450～1 100 ℃。
目前己研究的无机盐 /陶瓷基复合储能材料主要有:
1 32CO Na - 3BaCO /MgO , 4NaSO /2SiO 和3NaNO -2NaNO / MgO 3种。其中4NaSO /2SiO 的 相 变 潜 热 和 比 热 容 均 高 于32CO Na -3BaCO /MgO
3N a N O
-2NaNO /MgO ,且其相变温度高出更多 ,这些都使4NaSO /2SiO 的使用范围更加广阔。
3 多孔石墨基 /无机盐相变复合材料:
此类物质是利用天然矿物本身具有孔洞结构的特点 ,经过特殊的工艺处理与相变材料复合。如膨胀石墨层间可以浸渍或挤压熔融盐等相变材料。
有机相变材料
1 有机固-液相变储能材料
有机固-液相变储能材料主要包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类和聚烯醇类等，其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，相变潜热大 ，缺点是易泄露。目前应用较多的主要是脂肪烃类与聚多元醇类化合物。
用硬脂酸-正丁醇酯、硬脂酸-异丙醇酯、硬脂酸-丙三醇三酯合成的固-液相变储能材料。合成的相变材料储热能力大，热稳定性好，但是达到相变温度时易泄露，需要容器封装。
2 有机固-固相变储能材料
有机固-固相变储能材料是通过材料晶型的转换来储能与释能，在其相变过程中具有体积变化小、无泄漏、无腐蚀和使用寿命长等优点，目前已经开发出的具有经济潜力的固-固相变材料主要有 3 类：多元醇类、高分子类和层状钙钛矿。
2.1 多元醇类
多元醇类相变材料的储能原理是当温度达到相变温度时，其结构由层状体心结构变为各向同性的面心结构，同时层与层之间的氢键断裂，分子发生由结晶态变为无定形态的相转变，释放键能。多元醇的固-固相变焓较大，其大小与该多元醇每一分子中所含的羟基数目有关，每一分子所含羟基数越多，则固-固相变焓越大。它的优点是相变焓大、性能稳定、使用寿命长；缺点是
当它们的温度达到固-固相变温度以上，会由晶态固体变成有很大的蒸气压塑性的晶体，易损失。此类相变材料主要有季戊四醇(PE)、三羟甲基乙烷(PG)、新戊二醇(NPG)、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(AMP)、三羟甲基氨基甲烷(TAM)等。
2.2 高分子类
有机高分子固-固相变材料为结晶聚合物，主要括嵌段、接枝和交联类聚合物。
2.2.1 嵌段类
用聚乙二醇1000、1,4-丁二醇、4,4′-二苯亚甲基二异氰酸酯合成的聚亚氨酯嵌段共聚PUPCM，它的相变焓为138.7 kJ/kg。PUPCM 是一种热稳定性好、相转变度适中、相变焓高的新型固-固相变储能材料。
2.2.2 接枝类
用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和1,4-丁二醇(BDO)的本体聚合产物作硬段，聚乙二醇(PEG3400)做软段，合成的一种嵌段型的固-固相变储能材料PEGPU，热循环对其影响不大，是一类很实用的固-固相变材料。
2.2.3 交联类
用聚乙二醇(PEG)、4,4′-二苯基亚甲基二异氰酸酯(MDI)、季戊四醇(PE)合
成的一种交联型高分子相变储能材料PEG/MDI/PE，PEG/MDI/PE 的相变温度为58.68 ℃，相变焓高达152.97kJ/kg，且加热到150 ℃时任能保持固态，因此它有很好的实用性。
2.3 层状钙钛矿
层状钙钛矿是一种有机金属化合物-四氯合金属(Ⅱ)酸正烷胺，它被称为层状钙钛矿是因为其晶体结构是层型的，和矿物钙钛矿的结构相似,此类相变材料相变热在10~80 kJ/kg之间，储热率较低。
3 有机复合相变储能材料
有机复合相变储能材料是指由相变材料与载体物质相结合形成的可保持固态形状的相变材料。这类相变材料的主要成分有 2 种，工作介质（相变材料）和载体物质，其作用是保持相变材料的不流动性和可加工性
复合相变材料克服了普通有机相变材料易泄露、导热率低等缺点。主要包括导热增强型复合相变材料、共混型复合相变材料、微胶囊型复合相变材料、纳米复合型复合相变材料4类。
3.1 导热增强型复合相变材料
将石蜡吸附在具有多孔结构的膨胀石墨内，构成石蜡/石墨复合相变储热材料。石蜡的相变焓为188.69 kJ/kg，复合材料（石蜡占85.56%）为161.45 kJ/kg。传热实验表明：温度从28.5 ℃升高到65 ℃，石蜡需要1 040 s，复合材料仅需要760 s；温度从65 ℃降到29 ℃，石蜡需要500 s，复合材料仅需240 s。复合材料的储能和放热时间分别减少了27.4%和56.4%，大大提高了导热率。
3.2 共混型复合相变材料
将相变材料与高分子材料按一定比例在热炼机上进行加热共混，就得到共混型复合相变材料。用石蜡和聚乙烯醇共混，得到的控温性能很好的相变储能纤维材料。用十八酸(SA)、十六酸(PA)、十四酸(MA)、十二酸(LA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混起来，得到的共混型相变储能材料，当脂肪酸质量分数达到80%时，4个相变材料的相变焓都在150 kJ/kg以上，相变温度都很低，在40~70 ℃之间，说明它们是很好的中低温相变储能材料。
3.3 微胶囊型复合相变材料
用加入间苯二酚改善特性的尿素和甲醛的聚合物做封装材料，十四烷做储能
材料，得到了微胶囊型复合相变储能材料。微胶囊尺寸是由乳化过程中的搅拌速率决定的，当转数达到1 500 r/min时，效果最好。当间苯二酚的量达到5%时，封装的十四烷可达61.8%，聚合过程中添加氯化钠可以提高热稳定性。此相变材料在5~9 ℃的吸热量可达到100~130 kJ/kg。当间苯二酚质量分数为5%时，微胶囊为规则的球状，其直径为100 nm；当间苯二酚质量分数达到10%时，微胶囊的黏度过大，难以形成规整的微胶囊球体。
3.4 纳米复合型相变材料
纳米复合储能材料是将相变储能材料与支撑物进行纳米尺度上的复合，利用纳米材料具有巨大比表面积和界面效应使相变储能材料在发生相变时不会从三维纳米网络中析出用高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、有机高岭石纳米化合物、石蜡做原料，采用双螺旋挤出工艺制备出的几种纳米复合型相变材料。
小结
随着社会对能源需求量的不断增加,能源相对短缺的现状将进一步加剧,所以相变储能材料在节能和合理利用能源方面的研究显得尤为重要,这为相变储能材料的发展提供了广阔的前景。近年来对无机盐高温相变储能的研究越来越广泛和深入,其在工业上的应用也得到了很大的推广。许多研究人员对大量潜在的无机盐高温储能材料的热物性及其测量进行了研究,同时对无机盐高温相变材料的封装和无机盐高温相变复合材料也进行了有意义的探索。虽然,对无机盐高温相变储能材料的研究还有许多要解决的问题,需要更加深入的研究。但是, 相信通过研究人员的不懈努力,在不久的将来会有更多类型的无机盐高温相变储能材料应用到实际生活中来,为节约能源作出贡献。
而有机相变储能材料在太阳能利用、建筑、电力负荷调节、纺织等方面具有良好的应用前景。和其他种类相变储能材料相比，凝固时无过冷现象以及可以通过不同相变材料的混合来调节相变温度是有机相变材料的突出优点。尤其是高分子相变储能材料和复合相变储能材料，由于它们的定形功能，且相变热大，因此具有广阔的工业化应用前景。
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相变材料
相变材料 夏红芳环境工程一班 2220083741 摘要：由于全球能源和环境问题的日益加剧，能源节约和环境的改善已成为当今迫切解决的问题，相变节能材料受到很大重视和广泛研究。本文主要介绍了相变材料的概念、特点、恒温机理及分类，然后讨论了它在各领域的主要运用，并展望了其良好前景和未来研究的方向。 关键词：相变材料节能恒温建筑采暖 1 前言 近年来，随着全球能源危机的日益加剧，节约能源、有效利用能源逐渐成为人们追求的目标。相变材料的节能应用很早就受到重视，许多发达国家对此进行了大量的研究和开发[1]。我国的科研机构亦对此课题进行大量的研究并发表了许多论文。但由于生产材料的成本过高和稳定性等原因，其应用受到限制。近年来由于材料的研究取得重大进展，相变材料的成本大大降低，稳定性也已达到上万个相变周期而不改变其特性，这使得应用相变材料节能达到了实用阶段[2]。从可持续发展战略出发，研究如何在满足当前经济飞快发展的需求，尽可能地提高对能源的有效利用率，对于当前的能源形势具有重大的意义[1]。 2 相变材料 相变材料PCMs( Phase Change Materials)是指在一定狭窄明确的温度范围，即通常所说的相变范围内可以改变物理状态，如从固态转变为液态或从液态变为固态的材料[3]。在相变过程中，体积变化很小，热焓高，因此以潜热形式从周围环境吸收或释放大量热量，热的吸收量或释放量比一般加热和冷却过程要大得多，而此时PCMs的温度保持不变或恒定。因此它是一种利用相变潜热来贮能和放能的化学材料。
我们最常见的相变材料非水莫属了，当温度低至0°C 时，水由液态变为固态（结冰）。当温度高于0°C时水由固态变为液态（溶解）。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量，而在溶解过程中吸收大量的热能量。冰的数量（体积）越大，溶解过程需要的时间越长[3]。这是相变材料的一个最典型的例子。从以上的例子可看出，相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。 3 相变材料的分类 相变材料并不是科学家发明的一种新型材料，而是以各种形式存在于自然界中。迄今为止，已有超过500 种的天然和合成相变材料被人们掌握和了解[4]。按相变材料的科学属性划分，相变材料一般可以分为：无机水合盐相变材料、有机相变蓄能材料、复合相变蓄能材料。 3.1 无机类 无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类等其中最典型的是结晶水合盐类，它们有较大的熔解热和固定的熔点(实际上是脱出结晶水的温度变化: 脱出的结晶水使盐溶解而吸热，降温是其发生逆过程，吸收结晶水而放热)。通常 是中、低温相变蓄能材料。具有代表性的有：Na 2SO 4 ·10H 2 O ， MgCl 2 ·6H 2 O 等 水合盐类。无机类相变材料通常具有使用范围广、导热系数大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度大(单位体积的储热密度大) 、一般成中性、价格较便宜等优点。但是，这类材料通常存在过冷现象、相分离两个问题[4]。 3.2 有机类 有机相变蓄能材料是利用晶体之间的转变来吸热或放热，典型的有石蜡、酯酸类和高分子化合物。有机类相变材料具有的优点有: 在固体状态时成型性较好，一般不容易出现过冷现象和相分离。而缺点是: 导热系数小，单位体积的储能能力较小，熔点较低，不适于高温场合中应用[4]。 3.3 复合类 复合相变材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或低共熔体系,形状稳定的固液相变材料,无机有机复合相变材料等[5][14]。复合相变蓄热材料一般有分为两种，一种利用无机物作为网络状基质以维持材料的形状、力学性能，而有机物作为相变材料嵌在无机网络结构里面，这样通过有机物的相变来吸收和释放能量；另一种纤维复合蓄热材料，它是将导热纤维制成蓬松团置入金属容器或模腔中，并加入相变蓄热材料的复合材料。复合相变材料既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。 此外，还有一些其他分类方法，按相变温度的范围，将相变材料分为三类: 高温、中温和低温相变材料。按相变材料的组成成份将相变材料分为两类: 有机类和无机类。按相变的方式，将相变材料分为四类:固——固相变、固——液相变、固——气相变、及液——气相变材料。由于后两种相变方式在相变过程中，伴随有大量气体的存在，使材料体积变化较大。因此，尽管它们相变焓较大，但在实际中很少应用[4]。常用的就是固——固相变和固——液相变材料。 4 相变材料蓄能机理 相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态，发生吸热和放热的反应。当环境温度高于某相变温度时，材料吸收并储存能量，以降低环境
二组分固液相图
5.4二组分系统的固～液平衡 5.4.1形成低共熔物的固相不互溶系统 当所考虑平衡不涉及气相而仅涉及固相和液相时，则体系常称为"凝聚相体系"或"固液体系"。固体和液体的可压缩性甚小，一般除在高压下以外，压力对平衡性质的影响可忽略不计，故可将压力视为恒量。由相律: 因体系最少相数为Φ=1，故在恒压下二组分体系的最多自由度数f*=2，仅需用两个独立变量就足以完整地描述体系的状态。由于常用变量为温度和组成，故在二组分固液体系中最常遇到的是T～x（温度～摩尔分数）或T～ω（温度～质量分数）图。 二组分固～液体系涉及范围相当广泛，最常遇到的是合金体系、水盐体系、双盐体系和双有机物体系等。在本节中仅考虑液相中可以完全互溶的特殊情况。这类体系在液相中可以互溶，而在固相中溶解度可以有差别。故以其差异分为三类：（1）固相完全不互溶体系；（2）固相部分互溶体系和（3）固相完全互溶体系。进一步分类可归纳如下： 研究固液体系最常用实验方法为“热分析”法及“溶解度”法。本节先在“形成低共熔物的固相不互溶体系”中介绍这两种实验方法，然后再对各种类型相图作一简介。 （一）水盐体系相图与溶解度法
1．相图剖析 图5-27为根据硫酸铵在不同温度下于水中的溶解度实验数据 绘制的水盐体系相图，这类构成相图的方法称为"溶解度法"。 纵坐标为温度t(℃)，横坐标为硫酸铵质量分数（以ω表 示）。图中FE线是冰与盐溶液平衡共存的曲线，它表示水 的凝固点随盐的加入而下降的规律，故又称为水的凝固点降 低曲线。ME线是硫酸铵与其饱和溶液平衡共存的曲线，它 表示出硫酸铵的溶解度随温度变化的规律（在此例中盐溶解 度随温度升高而增大），故称为硫酸铵的溶解度曲线。一般 盐的熔点甚高，大大超过其饱和溶液的沸点，所以ME不可 向上任意延伸。FE线和ME线上都满足Φ =2,f *=1，这意 味温度和溶液浓度两者之中只有一个可以自由变动。 FE线与ME线交于E点，在此点上必然出现冰、盐和盐溶液三相共存。当Φ=3 时，f*=0 ,表明体系的状态处于E点时，体系的温度和各相的组成均有固定不变的数值；在此例中，温度为 -18.3℃，相应的硫酸铵浓度为 39.8％。换句话说，不管原先盐水溶液的组成如何，温度一旦降至 -18.3℃，体系就出现有冰（Q 点表示）、盐（I点表示）和盐溶液（E点表示）的三相平衡共存，连接同处此温度的三个相点构成水平线QEI，因同时析出冰、盐共晶体，故也称共晶线。此线上各物系点（除两端点Q和I外）均保持三相共存，体系的温度及三个相的组成固定不变。倘若从此类体系中取走热量，则会结晶出更多的冰和盐，而相点为E的溶液的量将逐渐减少直到消失。溶液消失后体系中仅剩下冰和盐两固相，Φ=2,f*=1，温度可继续下降即体系将落入只存在冰和盐两个固相共存的双相区。若从上向下看E点的温度是代表冰和盐一起自溶液中析出的温度，可称为"共析点"。反之，若由上往下看E点温度是代表冰和盐能够共同熔化的最低温度，可称为"最低共熔点"。溶液E凝成的共晶机械混合物，称为"共晶体"或"简单低共熔物"。不同的水盐体系，其低共熔物的总组成以及最低共熔点各不相同，表5-7列举几种常见的水盐体系的有关数据。 表5-7 某些盐和水的最低共熔点及其组成
相变存储器(PCM)技术基础.
相变存储器（PCM）技术基础 相变存储器（PCM）技术基础 类别：存储器 相变存储器技术基础相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。本文将介绍相变存储器的基本技术与功能。发展历史与背景二十世纪五十年代至六十年代，Dr.Stanford 1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。1970年，他与他的妻子Dr.Iris Intel的Gordon Moore合作的结果。1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。近30年后，能量转换装置（ECD）公司与Micron Technology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议，此份协议是现代PCM研究与发展的开端。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也与Ovonyx开始合作。至2003年，以上三家公司将力量集中，避免重复进行基础的、竞争的研究与发展，避免重复进行延伸领域的研究，以加快此项技术的进展。2005年，ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图，新公司名为Numonyx。在1970年第一份产品问世以后的几年中，半导体制作工艺有了很大的进展，这促进了半导体相变存储器的发展。同时期，相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。Intel开发的相变存储器使用了硫属化物（Chalcogenides），这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。现今大多数公司在研究和发展相变存储器时都都使用GST或近似的相关合成材料。今天，大部分DVD-RAM都是使用与Numonyx相变存储器使用的相同的材料。工作原理相变硫属化物在由无定形相转向结晶相时会表现出可逆的相变现象。如图1，在无定形相，材料是高度无序的状态，不存在结晶体的网格结构。在此种状态下，材料具有高阻抗和高反射率。相反地，在结晶相，材料具有规律的晶体结构，具有低阻抗和低反射率。图1 来源：Intel，Ovonyx 相变存储器利用的是两相间的阻抗差。由电流注入产生的剧烈的热量可以引发材料的相变。相变后的材料性质由注入的电流、电压及操作时间决定。基本相变存储器存储原理如图2所示。图2 相变存储原理示例如图所示，一层硫属化物夹在顶端电极与底端电极之间。底端电极延伸出的加热电阻接触硫属化物层。电流注入加热电阻与硫属化物层的连接点后产生的焦耳热引起相变。右图为此构想的实际操作，在晶体结构硫属化物层中产生了无定形相的区域。由于反射率的差异，无定形相区域呈现如蘑菇菌盖的形状。相变存储器的特性与功能相变存储器兼有NOR-type flash、memory EEPROM相关的属性。这些属性如图3的表格。图3 相变存储器的
05固液相图
实验五二元合金相图 一、目的要求 1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图。 2.了解热分析法的测量技术。 二、预习要求 1.掌握热分析法测量绘制相图的基本原理。 2.熟悉实验仪器的性能及使用方法，了解影响实验测定的各种因素。 3.理解步冷曲线的物理意义，掌握如何由实验数据绘制相图的方法。 三、基本原理 相图是多相(二相或二相相以上)体系处于相平衡状态时体系的某物理性质(如温度)对体系的某一自变量(如组成)作图所得的图形，图中能反映出相平衡情况(相的数目及性质等)，故称为相图。二元或多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条什下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质，以及多相体系相平衡情况的演变(例如冶金工业冶炼钢铁或其他合金的过程，石油工业分离产品的过程等)，都要用到相图。 图4.1是一种类型的二元简单低共熔物相图。图中A、B表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T，横轴是组分B的百分含量B％。在acb线的上方，体系只有一个相(液相)存在；在ecf线以下，体系有两个相(两个固相——晶体A、晶体B)存在；在ace 所包为的面积中，一个固相(晶体A)和一个液相(A在B中的饱和熔化物)共存；在bcf 所包围的面积中，也是一个固相(晶体B)和一个液相(B在A中的饱和熔化物)共存；图中c点是ace与bef两个相区的交点，有三相（晶体A、晶体B、饱和熔化物）共存。测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。常用的实验方法是热分析法。 热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度。将体系加热熔融成一均匀液相，
然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间(例如半分钟或一分钟)读体系温度一次，以所得历次温度值对时间作图，得一曲线，通常称为步冷曲线或冷却曲线，图4.2是二元金属体系的一种常见类型的步冷曲线。冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，团此步冷曲线的斜率将发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点。若图4.2是图4.1中组成为P 的体系的步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，找出各转折点，即能画出二元体系的最简单的相图(对复杂的相图，还必须有其他方法配合，才能画出)。 图4.1 A-B 体系相图 图4.2 步冷曲线 从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点如下： ⑴ 被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。若体系中的几个相都是固相，这条件通常很难实现(因固相与固相间转化时的相变热较小)，此时测绘相图，常用其它方法(如差热分析法)。 ⑵ 测定时被测体系的组成值必须与原来配制样品时的组成值一致。如果测定过程中样品各处不均匀，或样品发生氧化变质，这一要求就不能实现。 ⑶ 测得的温度值必须能真正反映体系在所测时间时的温度值。因此，测温仪器的热容必须足够小，它与被测体系的热传导必须足够良好， 测温探头必须深入到被测体系温 度A B
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。
相变存储器
相变存储器 链接：https://www.360docs.net/doc/802878107.html,/baike/2348.html 相变存储器 概述 相变存储器（phase change memory）,简称PCM，利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的。 初次听到"相变"这个词,很多读者朋友会感到比较陌生.其实,相(phase)是物理化学上的一个概念,它指的是物体的化学性质完全相同,但是物理性质发生变化的不同状态.例如水有三种不同的状态,水蒸气(汽相)，液态水（液相）以及固态水（固相）。物质从一种相变成另外一种相的过程叫做‘相变’例如水从液态转化为固态。 在很多物质中相变不是大家想象的只有气，液，固，三相那么简单。例如我们这里介绍的相变存储器就是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据的。所以我们称之为相变存储器。 相变存储器技术基础 相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。同一物质可以在诸如固体 、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。本文将介绍相变存储器的基本技术与功能。 相变存储器工作原理 在非晶态下，GST材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使得其具有较高的电阻率。由于这种状态通常出现在RESET操作之后，我们一般称其为RESET状态，在RESET操作中DUT的温度上升到略高于熔点温度，然后突然对GST淬火将其冷却。冷却的速度对于非晶层的形成至关重要。非晶层的电阻通常可超过1兆欧。 在晶态下，GST材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度，从而具有较低的电阻率。由于这种状态通常出现在SET操作之后，我们一般称其为SET状态，在SET操作中，材料的温度上升高于再结晶温度但是低于熔点温度，然后缓慢冷却使得晶粒形成整层。晶态的电阻范围通常从1千欧到10千欧。晶态是一种低能态；因此，当对非晶态下的材料加热，温度接近结晶温度时，它就会自然地转变为晶态。 发展历史与背景 二十世纪五十年代至六十年代，Dr. Stanford Ovshinsky开始研究无定形物质的性质。无定形物质是一类没有表现出 确定、有序的结晶结构的物质。1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。1970年，他与他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量转换装置（ECD）公司，发布了他们与Intel的Gordon Moore合作的结果。1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。 近30年后，能量转换装置（ECD）公司与MicronTechnology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议，此份协议是现代PCM研究与发展的开端。2000年12月，STMicroelectron ics（ST）也与Ovonyx开始合作。至2003年，以上三家公司将力量集中，避免重复进行基础的、竞争的研究与发展，避免重复进行延伸领域的研究，以加快此项技术的进展。2005年，ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图，新公司名为Numonyx。 在1970年第一份产品问世以后的几年中，半导体制作工艺有了很大的进展，这促进了半导体相变存储器的发展。同时期，相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。Intel开发的相变存储器使用了硫属化物（Chalcogenides），这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。现今大多数公司在研究和发展相变存储器时都都使用GST或近似的相关合成材料。今天，大部分DVD-RAM都是使用与Numonyx相变存储器使用的相同的材料。 原文地址：https://www.360docs.net/doc/802878107.html,/baike/2348.html 页面 1 / 1
材料相变原理总复习题.doc
08年工大材料系材料相变原理总复习题（貌似考研也能用） 题： 材料相变原理 复习题 第一章： 1说明成分、相、结构和组织四个概念的含义，并讨论45#钢室温平衡状态下的成分、相、结构和组织。 2试述金属固态相变的主要特征。 3哪些基本变化川'以被称为固态相变？ 4简述固态相变过程屮界而应变能产生的原因。 5简述同态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系， 6扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点？ 第二章： 1试述钢中奥氏体和铁素体的晶体结构、碳原子川‘能存在的部位以及碳原子在奥氏体和铁素体屮的最大理论含量和实际含量。 2以共析钢为例说明奥氏体的形成过程，并说明为什么在铁素体消失的瞬间还有部分渗碳体未溶解。 3试述影响奥氏体晶粒长大的因素。 4解释卜列概念： 惯习而，非均匀形核，奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度，钢在加热时的过热现象，钢的组织遗传和断口遗传。 第三章： 1试述影响珠光体转变动力学的因素。 2试述钢中相间沉淀长生条件和机理。
3概念解释：伪共析组织，魏氏组织，“派敦”处理。 第四章: 1试述马氏体的晶体结构及其产生原因。 2简述马氏体异常正方度的产生原因。 3试述马氏体转变的主要特点。 4试述钢屮板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 5 Ms点的定义和物理意义。 6试述影响Ms点的主要因素。 7试述引起马氏体高强度的原因。 8概念解释：奥氏体的热稳定化，奥氏体的机械稳定化，马氏体的逆转变，伪弹性，相变冷作硬化，形状记忆效应。 第五章： 1试述W氏体转变的基本特征。 2试述钢屮上贝氏体和下贝氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 3试述影响贝氏体性能的基本因素。 4试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 第七章： 1什么是回火？回火的目的是什么？ 2试述淬火钢回火转变的基本过程。 3简述第一类回火脆性的特点及产生原因。 4简述第二类回火脆性的特点及产生原因。 5简述预防和减轻第二类冋火脆性的方法。 6概念解释：二次硬化，二次淬火，回火脆性敏感度，回火脆度
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
相变原理(复习题)
相变原理复习习题 第一章固态相变概论 相变：指在外界条件(如温度、压力等)发生变化时，体系发生的从一相到另一相的变化过程。 固态相变：金属或陶瓷等固态材料在温度和/或压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的改变。 共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。 半共格界面：半共格界面的特点：在界面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。 非共格界面：当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度δ很大时，两相原子之间的匹配关系便不在维持，这种界面称为非共格界面；一般认为，错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面；错配度大于0.25时易形成非共格界面；错配度介于0.05～0.25之间，则易形成半共格界面。 一级相变：相变前后若两相的自由能相等，但自由能的一级偏微商（一阶导数）不等的相变。特征：相变时：体积V，熵S，热焓H发生突变，即为不连续变化。 晶体的熔化、升华，液体的凝固、气化，气体的凝聚，晶体中大多数晶型转变等。 二级相变：相变时两相的自由能及一级偏微商相等，二级偏微商不等。特征：在临界点处，这时两相的化学位、熵S和体积V相同；但等压热容量Cp、等温压缩系数β、等压热膨胀系数α突变。 例如：合金的有序-无序转变、铁磁性-顺磁性转变、超导态转变等。 均匀相变：没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。特点：A: 无需形核；B: 无明确相界面； 非均匀相变：是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。特点：A：即为形核-长大型相变；B: 新旧相差别较大（结构或成分）； C: 相变过程中母相与新相共存 形核功：晶核长大到r* 所需克服的能垒，或所做的功。 晶核长大的两个伴随过程：即为界面过程（满足结构）；传质过程（满足成分） 相变动力学：研究新相形成量(体积分数)与时间、温度关系的学科称为相变动力学。 新相颗粒的粗化：粗化是指在相变过程中所形成的新相颗粒平均尺寸增大的动力学过程
相变材料的储热
相变材料的储热 摘要:热能储存可以通过蓄热材料的冷却、加热、熔化、凝固。气化、化学反应等方式实现。它是一种平衡热能供需和使用的手段。热能储存按储热方式可分为三类，即显热储能、潜热储能和化学反应储热。 关键词：相变;储热;复合材料; 引言：相变材料（PCM）在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的。相变储能技术通过相变材料相变时吸收或放出大量热量以达到能量存储的目的，是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。 正文 一、相变储热材料应用的意义 当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题。开发利用可再生能源对节能和环保具有重要的现实意义。发展热能存储技术尤为重要，热能存储就是把通过一定的方式把占时应用不到应用不完的多余的热和废热存储起来，适时还可以另作他用。该技术在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、气废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。 二、相变储能材料分类及材料的选择 1、相变储热材料的分类 （1）从材料的化学组成来看，主要分为无机相变材料和有机相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等无机物。与无机类相变储能材料相比，有机类相变储能材料具有无过冷及析出，性能稳定，无毒，腐蚀等优点。其中石蜡类相变潜热量大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料的研究使用中受到广泛的重视。 但石蜡类相变储能材料热导率较低，也限制了其应用范围。为有效克服石蜡类有机化合物相变储能材料的缺点，同时改善相变材料的应用效果及拓展其应用范围，复合相变储能材料应运而生。复合相变材料由较稳定的有机化合物和具有较高导热系数的无机物颗粒制备而得，因而复合相变材料具有稳定的化学性质，无毒无腐蚀性或毒性和腐蚀性小。同时它的导热能力较有机物有较大的改善。 （2）从蓄热过程中材料相态的变化方式来看，分为固-液相变、固-固相变、固-气相变和液-气相变四类。由于后两种相变方式在相变过程中伴随着大量气体的产生，是材料的体
相变原理
相变原理 (2009-03-15 12:09:38) 忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。 摘要：核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。 （1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。 （2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。 （3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。 （4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。 关键词：奥斯特实验小磁针伴生德布罗意波 [事实] 随着温度升高，一般物体都是由固体相变成液体，由液体相变成气体。 所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点；水在０℃结冰、１００℃沸腾；锡在2００℃电烙铁下就能熔化成液态，烙铁拿开，锡又立刻凝结成固体，温度与物质状态、特性相依相存。 [分析] 物质的相变与总是与温度精确的对应，千百年来人们不断在思索，温度是如何导致这样的变化？温度是怎样起作用的？这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。这个规则的运动，就是核外电子的规律的运动。 核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。 在J 1章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快，宏观的表现就是温度升高。温度升高到一定的程度，水能沸腾；钢铁能熔化，物质发生了相变。难道电子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变？ 相变虽然与温度直接相关，然而只有达到了某一特定值，相变才能发生，这是一个从量变到质变的过程，也是物质的内聚力急剧变化的过程，核外电子的
相变材料
相变材料方向（PCM）的电子元件的瞬态热管理☆为基础的散热片 王向旗，阿伦学Mujumdar、，克里斯托弗邑 机械工程学院，新加坡国立大学，10肯特岭畔，新加坡，119260，新加坡署提供在线2007年4月25日 摘要 相变材料（PCM）的为基础的散热片，一个传统，挤压铝散热器组成的嵌入式适当PCM的，可能会被用于移动电子设备的冷却，如个人数字助理（PDA）和笔记本电脑是间歇操作使用。在这些移动设备的使用，改变方向时。阿进行了数值研究，研究合并后的冷却系统热性能的散热片定位效应以确定它是否影响到一个PCM的冷却系统热性能显着。? 2007爱思唯尔版权所有。 关键词：散热片;相变材料;电子冷却;取向 1。介绍热管理是在为移动设备的先进微处理器开发的最重要瓶颈之一[1]，如个人数字助理（PDA），移动电话，笔记本电脑，数码相机等，这些都是间歇操作。龚和Mujumdar [2-4]进行了研究，对传热的数值在融化和冻结相变材料单个和多个系列。Casano和皮瓦[5]研究了一个平面周期相变过程的数值模拟和实验的PCM板。吉吉和盖伊[6]研究解析一维凝固和一体积均匀发电板熔化。低导热系数呈现中成药在PCM的为基础的电子冷却系统设计的重大挑战。为了克服这个缺点，研究人员已经提出了各种强化传热技术如分区/鳍，石墨/ 金属矩阵，分散在PCM高导电粒子，微相变材料[7,8]封装使用。使用的PCM型散热片是一个冷却电子设备的应用程序，如帕尔和Joshi [9]讨论effectiveway。潭及曹公[10]实验研究了用热降温ofmobile存储单元与N -二十烷在单位内填写的电子设备。克里希南等。[11]提出一种混合散热片相结合的活动板翅沉浸在一种被动的PCM尖端散热器。利用二维非定常理事能量方程，Akhilesh等尺度分析。[12]提出了设计程序，以最大限度地热能量储存和一热一元素复合散热器，PCM和高导电基体材料组成的接收器的运行时间。最近，国际通信传热传质34（2007）801-808 https://www.360docs.net/doc/802878107.html, /定位/ ichmt的AR维文和S. Jayanti☆沟通。?通讯作者。E - mail地址：mpeasm@https://www.360docs.net/doc/802878107.html,.sg（作为Mujumdar）。0735-1933 / $ - 见前面的问题? 2007爱思唯尔版权所有。分类号：10.1016/j.icheatmasstr ansfer.2007.03.008 X.-Q.王等人。/在传热传质34（2007）801-808国际通信 A 孔隙度函数 A，B 平均常熟 C 的比热常数， Cp 比热J/KgK G 引力矢量m/s2 ΔH潜热焓，J/Kg H的散热片， h散热片厚度mm， h 具体传热系数W/m2 K ?具体的热焓 hb散热片底板的高度， hf高频毫米翅片高度， k 表导热系数，W/m K
最新固态相变原理考试试题+答案资料
固态相变原理考试试题 一、(20分) 1、试对固态相变的相变阻力进行分析 固态相变阻力包括界面能和应变能，这是由于发生相变时形成新界面，比容不同都需要消耗能量。 界面能：是指形成单位面积的界面时，系统的赫姆霍茨自由能的变化值。与大小和化学键的数目、强度有关。为表面张力， 为偏摩尔自由能，为由于界面面积改变而引起的晶粒内部自由能变化 （1）共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，σ最小；半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，σ次之；非共格界面化学键破坏最厉害，σ最大。 （2）应变能 ①错配度引起的应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起的应变能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。 ②比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，,球状由于比容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。 2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用 固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界等，如果在晶体缺陷处形核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将给出一供形核需要，使临界形核功下降，故缺陷促进形核。 （1）空位：过饱和空位聚集，崩塌形成位错，能量释放而促进形核，空位有利于扩散，有利于形核。 （2）位错： ①形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核 ②位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。 ③位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，利于形核。 ④位错是快速扩散的通道。 ⑤位错分解为不全位错和层错，有利于形核。 Aaromon总结： 刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量的位错更容易形核；位错可缠绕，割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核，易在某些惯习面上形成。 （3）晶界：晶界上易形核，减小晶界面积，降低形核界面能 二、(20分) 已知调幅分解浓度波动方程为： ，其中： 1、试分析发生调幅分解的条件 只有当R（λ）＞0，振幅才能随时间的增长而增加，即发生调幅分解，要使R（λ）＞0，得G”＜0且| G”|＞2η2Y+8π2k/λ2 令R（λ）=0得λc—临界波长，则λ＜λc时，偏聚团间距小，梯度项8π2k/λ2很大，R（λ）＞0，不能发生；λ＞λc时，随着波长增加，8π2k/λ2下降，易满足| G”|＞2η2Y+8π2k/λ2，可忽略梯度项，调幅分解能发生。 2、说明调幅分解的化学拐点和共格拐点,并画出化学拐点、共格拐点和平衡成分点在温度——成分坐标中的变化轨迹 化学拐点：当G”=0时。即为调幅分解的化学拐点； 共格拐点：当G”+2η2Y=0时为共格拐点，与化学拐点相比共格拐点的浓度范围变窄了，温度范围也降低了。 3、请说明调幅分解与形核长大型相变的区别
相变材料
相变材料 相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态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（Hydrated）相变材料和蜡质(Paraffin Wax)相变材料。 我们最常见的相变材料非水莫属了，当温度低至0°C 时，水由液态变为固态（结冰）。当温度高于0°C时水由固态变为液态（溶解）。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量，而在溶解过程中吸收大量的热能量。冰的数量（体积）越大，溶解过程需要的时间越长。这是相变材料的一个最典型的例子。 从以上的例子可看出，相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能、温度控制等领域有着极大的意义。当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题。开发利用可再生能源对节能和环保具有重要的现实意义。相变储能技术通过相变材料相变时吸收或放出大量热量以达到能量存储的目的，是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。该技术在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、气废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。
一、相变材料的蓄热机理与分类 相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。从相变材料的参数可知，其潜热量约为200千焦耳/公斤，换言之其相当于55度电的能量。如果利用峰谷电价，每立方米相变材料可将55度的谷值电能（潜热）存储起来并转移到峰值时段使用；如果利用太阳能蓄热，它可提供相当于55度电产生的能量用于取暖。当然在具体应用还有效率和其它要考虑的问题，但这足已让我们看到相变材料巨大的节能能力。
物理化学-实验七：二组分固液相图的绘制
实验七 二组分固-液相图的绘制 一、实验目的及要求 1．掌握用步冷曲线法测绘二组分金属固液平衡相图的原理和方法； 2．了解采用热电偶进行测温、控温的原理和装置。 二、实验原理 用来表示多相体系的温度、压力与体系中各组分的状态、组成之间关系的平面图形称为相图。二组分固-液相图是描述体系温度与二组分组成之间关系的图形。由于固液相变体系属凝聚体系，一般视为不受压力影响，因此在绘制相图时不考虑压力因素。 若二组分体系的两个组分在固相完全不溶，在液相可完全互溶，一般具有简单低共熔点，其相图具有比较简单的形式。根据相律，对于具有简单低共熔点的二组分体系，其相图可分为三个区域，即液相区、固液共存区和固相区。绘制相图时，根据不同组成样品的相变温度（即凝固点）绘制出这三个区域的交界线—液相线，即图1（b ）中的T 1E 和T 2E ，并找出低共熔点E 所处的温度和液相组成。 步冷曲线法又称热分析法，是绘制相图的基本方法之一。它是将某种组成的样品加热至全部熔融，再均速冷却，测定冷却过程中样品的温度 – 时间关系，即步冷曲线。根据步冷曲线上的温度转折点获得该组成的相变点温度。 步冷曲线有三种形式，分别如图1（a ）中的a 、b 和c 三条曲线。a 曲线是纯物质A 的步冷曲线。在冷却过程中，当体系温度到达A 物质凝固点时，开始析出固体，所释放的熔化热抵消了体系的散热，使步冷曲线上出现一个平台，平台的温度即为A 物质的凝固点。纯B 步冷曲线e 的形状与此相似。 a b c d e a b c d e A B x B t 液相区 固液共存区固相区低共熔点 T 1 T 2 T T （a ）（b ）E 图1 步冷曲线 b 曲线是由主要为A 物质但含有少量B 物质样品的步冷曲线。由于含有B 物质，使得凝固点下降，在低于纯A 凝固点的某一温度开始析出固体A ，但由于固体析出后使得B 的浓度升高，凝固点进一步下降，所以曲线产生了一个转折，直到当液态组成为低共熔点组成时，A 、B 共同析出，释放较多熔化热，使得曲线上又出现平台。如果液相中B 组分含量比共熔点处B 的含量高，则步冷曲线形状与此相同，只是先析出纯B ，如图中曲线d 。 c 曲线是当样品组成等于低共熔点组成时的步冷曲线。形状与A 相同，但在平台处A 、B 同时析出。 配制一系列不同组成的样品，测定步冷曲线，找出转折点温度及平台温度，将温度与组
相变存储器器件结构及工艺研究
相变存储器器件结构及工艺研究 相变存储器(PCM)由于具有非易失性、高存储密度、低功耗,高可靠性等诸多优点,被国际半导体工业协会认为是最有可能取代闪存和动态随机存储器(DRAM)成为下一代半导体存储器主流产品之一。相变存储器从上世纪六十年代提出,到现在己超过半个世纪的时间,随着 半导体工艺技术的发展相变存储器终于由概念变成了现实,2011年三星公司将相变存储芯片应用于该公司的一款手机中,完成了相变存储器从实验室到生产线的转变。但相变存储器还未在市场上大批量销售,且相变存储器的性能依然有巨大的提升空间,如擦写速度、热串扰等。新型相变材料的研发和器件结构及工艺的改进是其性能提升三种方式,本文研究了相变存储器单元制备工艺和芯片的后集成工艺;提出 了改善其热串扰的新型器件结构以及提升相变存储器电热转化效率 的非对称结构;设计了一种不受限于光刻精度的相变存储器工艺流程,上述研究为我国实用化相变存储器芯片的研究和开发奠定了基础。本文首先从相变存储器的基本结构即T型结构出发对相变存储器进行 了研究,设计了相变存储单元的掩膜版,制备了八个独立相变存储单元,确定了相变存储单元工艺流程及工艺参数,并对其性能进行测试,单元写速度最快可达5 ns。然后将相变存储器的单元工艺应用于相变存储器芯片的制备工艺之中,分别完成了 256 bit和1 Mb相变存储器芯片的后集成工艺,经过测试,芯片外围电路和存储单元均导通,且可反复擦写。建立了相变存储器的有限元模型,利用ANSYS软件完成了相变存储器的有限元模拟,提出了一种改进相变存储器热串扰的
单元结构,即双层电极和工字型结构,显著地降低了临近单元的热串扰。提出了一种可提升电热转化效率的新型非对称结构。设计了基于角度蒸发的相变存储器制备工艺流程,采用此工艺可制备特征尺寸不受限于光刻精度的相变存储器,在微米尺度的工艺环境中制备了特征尺寸为100 nmX 80 nm的线型相变存储单元,新工艺方法制备的相变存储器特征尺寸更小,擦写速度更快,且极大降低了相变存储器的制备成本,且新工艺流程制备的相变存储器单元与传统线型相变存储器相比在热串扰上有着显著优势。