用于熱能存儲(chǔ)和管理設(shè)備的相變材料 (PCM) 通常具有低導(dǎo)熱性 ，這是其適用性的限制。廣泛傳播的一類(lèi) PCM 是潛熱 PCM，其中通過(guò)熔化/凝固轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)/釋放熱能。復(fù)合 PCM 是另一類(lèi) PCM，部分與潛熱 PCM (LH-PCM) 重疊，后者定義為由兩相組成的復(fù)合材料：活性相，保證良好的潛熱儲(chǔ)能性能，以及被動(dòng)相，必須避免在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)發(fā)生相變。在下面的論文中，重點(diǎn)將放在 C-PCM 上，其中主動(dòng)相是 LH-PCM，被動(dòng)相主要具有導(dǎo)熱性增強(qiáng)作用。高熱導(dǎo)率鈍化相的選擇、合適的數(shù)量和分布可以克服 PCM 的上述關(guān)鍵特征，這是生產(chǎn) C-PCM 的最普遍原因。此外，在某些情況下，其他結(jié)構(gòu)或功能特性需要與 C-PCMs 相關(guān)聯(lián)。這些 C-PCM 的例子包括將石墨烯或石墨添加到聚合物 PCM ，PCM 浸漬到多孔高熔點(diǎn)材料，微封裝，金屬由不混溶相制成的合金可以在基于 PCM 的組件中采用。考慮到高長(zhǎng)度尺度的 C-PCM，這可以從亞微米到微米到數(shù)百微米到毫米尺寸（如圖1）。多孔材料的特點(diǎn)是將活性相插入孔中（例如圖1公元前）。由于相的排列相對(duì)規(guī)則，它們通常可以被認(rèn)為是在某些孔徑的長(zhǎng)度尺度上的均質(zhì)材料，具有特定的熱物理特性。此外，復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)在毫米或更大的長(zhǎng)度尺度上沒(méi)有明顯的區(qū)別，無(wú)論如何，這個(gè)術(shù)語(yǔ)主要?dú)w因于那些廣泛擴(kuò)散的高導(dǎo)電性鈍化相材料的形狀圓形和縱向翅片管，具有各種配置、環(huán)和刷子，插入由 PCM 填充的空腔中.

一些文獻(xiàn)著作致力于研究均質(zhì) LH-PCM 的熱表征，并且在涉及這些材料的評(píng)論或特別是關(guān)于它們的熱表征的評(píng)論中得到了很好的總結(jié)。對(duì)于LH-PCMs，后者主要包括相變溫度和熔化/凝固潛熱（儲(chǔ)存性能）的評(píng)估。事實(shí)上，了解這些特性對(duì)于選擇滿足溫度范圍應(yīng)用和相變期間吸收/釋放的熱量的 PCM 至關(guān)重要。它們是通過(guò)發(fā)生相變的實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的，對(duì)于均質(zhì) PCM，這些測(cè)試基于等時(shí)差示掃描量熱法 。另一方面，熱導(dǎo)率和/或熱擴(kuò)散率可以被認(rèn)為是熱傳輸特性，并且在熱量?jī)?chǔ)存/釋放階段與實(shí)際發(fā)生相變的區(qū)域的熱流/去除有關(guān)，通常是當(dāng)兩相都是固體時(shí)，在相變下確定。PCM 的材料類(lèi)別（金屬、聚合物、陶瓷）及其典型的熔化溫度、電導(dǎo)率/擴(kuò)散率特性指導(dǎo)測(cè)試類(lèi)型的選擇。在多孔 C-PCM 或結(jié)構(gòu)中，也應(yīng)考慮它們的尺度長(zhǎng)度。部分原因是將 C-PCM 復(fù)合材料視為特定材料類(lèi)別的新穎性，部分原因是相對(duì)復(fù)雜的物質(zhì)，據(jù)作者所知，這些材料的熱特性沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)可用。只有 Zhang 和合著者對(duì)多孔被動(dòng)相與 PCM 相結(jié)合生產(chǎn)的 C-PCM 的評(píng)論工作 考慮了這些材料的熱特性。具體而言，在熱導(dǎo)率、排列和長(zhǎng)度尺度上具有顯著差異的兩相的組合推動(dòng)了 C-PCM 中熱表征技術(shù)的選擇。目前的工作概述了文獻(xiàn)中提出的 C-PCM 的不同實(shí)驗(yàn)方法，并分析了它們對(duì)表征 C-PCM 的適用性。特別關(guān)注它們對(duì) C-PCM 長(zhǎng)度尺度的適用性。將說(shuō)明一個(gè)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)裝置，用于監(jiān)測(cè)具有毫米長(zhǎng)度尺度多孔結(jié)構(gòu)的 C-PCM 的實(shí)際熱響應(yīng)，并提供初步結(jié)果。該設(shè)備當(dāng)前版本的結(jié)果將提供有關(guān)相變過(guò)程中粗多孔 C-PCM 的實(shí)際熱響應(yīng)的信息。該論文的新穎之處在于，結(jié)合有限元模擬，它們將允許找到給定邊界條件下主動(dòng)和被動(dòng)相的溫度分布。

測(cè)量 C-PCM 的熱存儲(chǔ)特性的測(cè)試
相變溫度或溫度范圍和相變焓是 PCM 最重要的特性。它們主要的特征在于差示掃描量熱法（DSC）的測(cè)量，其它的熱分析技術(shù)。在其經(jīng)典版本中，DSC 設(shè)備包括兩個(gè)坩堝（或樣品盤(pán)），其中一個(gè)裝有樣品，而另一個(gè)通常是空的（參見(jiàn)圖2）。在 PCM 的經(jīng)典測(cè)試中，當(dāng)加熱/冷卻等時(shí)循環(huán)（包括相變）設(shè)置到坩堝時(shí)，提供給坩堝（或在某些設(shè)備布置中從一個(gè)流向另一個(gè)）的熱功率差異與樣品由于其相變而儲(chǔ)存/釋放的能量。恒定加熱/冷卻速率下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常表示為 DSC 曲線、熱通量/單位樣品質(zhì)量與溫度圖，如計(jì)算機(jī)屏幕上的示意圖所示圖2，其中相變顯示為峰值。從它們，轉(zhuǎn)變開(kāi)始的溫度或相轉(zhuǎn)變的溫度范圍，并通過(guò)積分，可以得到它的焓。

雖然該方法廣泛用于均質(zhì) PCM，但在 C-PCM 的情況下，它有一些與坩堝尺寸相關(guān)的限制。后者的體積通常在幾十到幾百 μL 的量級(jí)。如果鈍化相在 PCM 內(nèi)部精細(xì)分布且特征均質(zhì)體積等于或小于坩堝體積，則可以對(duì) C-PCM 進(jìn)行適當(dāng)?shù)?DSC 分析。實(shí)際上，大量論文分析了 DSC 測(cè)試以檢測(cè)熱能存儲(chǔ)性能的變化，因?yàn)榧?xì)分散的鈍化相的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)用于提高復(fù)合 PCM 的熱導(dǎo)率。被動(dòng)相為膨脹石墨 (EG)  石墨基體 石墨烯納米片 , 石墨烯氣凝膠 (GA), 磺化石墨烯 (SG), 石墨納米片 和多壁碳納米管 (MWCNTs) ) 。
在均質(zhì)體積和尺寸與坩堝體積/樣品尺寸相當(dāng)?shù)那闆r下，還對(duì)一些多孔 C-PCM 進(jìn)行了 DSC 分析。梁等人的工作就是這種情況。其中孔徑對(duì)應(yīng)于情況 b 的石墨烯-鎳泡沫圖1充滿了石蠟。同樣，肖等人。 以石蠟為活性相和被動(dòng)相的 C-PCM 表征為鋁和銅泡沫形式，每英寸具有 25、10 和 5 個(gè)孔 (PPI)。中粗孔，大致對(duì)應(yīng)于c中的情況圖1，對(duì)于傳統(tǒng)的 DSC 設(shè)備/坩堝來(lái)說(shuō)相對(duì)較大，即使對(duì)于現(xiàn)在可用的一些相對(duì)較大的坩堝（大約一百微升或更多）也是如此。對(duì)于相對(duì)較大的多孔 C-PCM 或結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)替代測(cè)量設(shè)備和通常稱(chēng)為 T-history 方法的分析方法來(lái)表征熱存儲(chǔ)特性，在中進(jìn)行了修訂。在這些情況下，設(shè)備基于在相同的受控溫度環(huán)境（熔爐）中存在一個(gè)裝有參考樣品的容器，在研究的溫度范圍內(nèi)沒(méi)有相變，以及一個(gè)或多個(gè)用于分析樣品的容器. 類(lèi)似條件下的熱響應(yīng)分析允許測(cè)量相變焓和相變材料的比熱。PCM 樣品的體積可能遠(yuǎn)高于 DSC 分析的體積，并且對(duì)于幾種容器形狀，有可能測(cè)試多孔、封裝的 C-PCM，即使據(jù)作者所知，沒(méi)有關(guān)于它的具體文獻(xiàn)。已經(jīng)報(bào)道了溫度控制高達(dá) 120 °C 的 T-history 方法應(yīng)用案例，但由于許多有機(jī) PCM 感興趣的溫度范圍，部分原因是選擇水作為參考材料、設(shè)備版本、如張等人提出的。，對(duì)于接近或高于 100 °C 的相變，不能使用 T-history 方法。與多孔 C-PCM 相比，C-PCM 結(jié)構(gòu)更多采用的替代選擇是根據(jù)其活性相表征的熱能存儲(chǔ)特性來(lái)估計(jì)熱能存儲(chǔ)特性：轉(zhuǎn)變溫度相同，導(dǎo)出 C-PCM 的焓一旦已知相的體積分?jǐn)?shù)/密度，就可以從活性相的測(cè)量值中得出。然而，這種方法沒(méi)有考慮由于多孔 C-PCM 中活性相的體積約束引起的壓力變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生變化的可能性，例如所證明的。

 熱導(dǎo)率測(cè)量方法
熱傳輸特性，例如熱擴(kuò)散率和電導(dǎo)率，會(huì)影響材料釋放/吸收熱量所需的時(shí)間。熱導(dǎo)率是一種熱傳輸特性，用于表征大塊 PCM 和 C-PCM。在后一種情況下，存在鈍化相的主要目的實(shí)際上是增加有效熱導(dǎo)率，這與鈍化相的存在和分布有關(guān)。添加 4% 質(zhì)量百分比的石墨烯納米片作為鈍化相使均質(zhì) PCM 的熱導(dǎo)率增加了一倍以上（從 0.34 到 0.91 W/mK，而根據(jù) Mills 等人的說(shuō)法，填充石蠟的石墨多孔基體可以使 C-PCM 的 ETC 從均質(zhì) PCM 的 20 倍增加到 130 倍，并且有可能獲得與鈍化相的相排列相關(guān)的各向異性熱導(dǎo)率。因此，對(duì)包含 C-PCM 的熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)的熱響應(yīng)加速的有益效果很高。
沒(méi)有一種技術(shù)可以適用于測(cè)量所有類(lèi)型 PCM 的熱導(dǎo)率，如中所述。它們可以分為兩大類(lèi)：穩(wěn)態(tài)技術(shù)和瞬態(tài)技術(shù)，并且已經(jīng)為其中許多提出了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。以軸流方法的形式廣泛應(yīng)用的穩(wěn)態(tài)技術(shù)需要在整個(gè)樣品中達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件，這可能需要很長(zhǎng)時(shí)間，并且需要對(duì)樣品、傳感器和熱源之間的熱阻進(jìn)行正確評(píng)估。另一方面，瞬態(tài)技術(shù)的工作原理是測(cè)量對(duì)最初處于熱平衡狀態(tài)的樣品提供的恒定加熱功率或熱脈沖的溫度響應(yīng)，并從中得出有效的熱擴(kuò)散率。其中，熱絲法，激光閃光，與瞬態(tài)平面熱源方法可以被提及。當(dāng)考慮到 C-PCM 時(shí)，情況要復(fù)雜得多。特定技術(shù)的有效性取決于不同的特征，例如測(cè)量時(shí)間、各種環(huán)境條件下所需的準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性，最后但并非最不重要的是，受研究材料的物理和化學(xué)性質(zhì)、其均質(zhì)化尺寸和形狀或 C-PCM 的“可成形性”。ETC 測(cè)量的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)方法及其在 C-PCM 中的應(yīng)用將在以下部分進(jìn)行總結(jié)。