相變材料（Phase Change Material, PCM)
發表於 : 2013-09-27, 00:49
出處
相變化材料（phase-change material (PCM)）
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
相變化材料（Phase Change Material, 簡稱 PCM)為一種具有高熔化熱的物質，它具有儲存或釋放大量能量的能力。它在特定的溫度時熔化或固化，藉由物質狀態的改變來吸收或釋放熱能。例如：以醋酸鈉為材質的暖暖包（Heating pad），當醋酸鈉溶液結晶時，熱量就會釋出，使人感到暖和。
特性與分類
相變化材料潛熱的儲存有：固相變固相、固相變液相、固相變氣相及液相變氣相等方式，然而只有固相變液相是有實際應用價值的。液相變氣相的改變，因其體積變化量太大，並產生高壓，而沒有實際應用價值。其它如固相變固相，也因反應慢且潛熱小，亦無應用價值。
相變化材料物質在吸收熱能的過程中，其溫度並沒有明顯的升高，但當其外在環境溫度降低時，相變化材料固化就能放出潛熱。可當相變化材料的物質種類繁多，其溫度範圍可從－5 oC一直到190 oC。在人類最感舒適的溫度20~30 oC範圍內，相變化材料的應用效果很令人滿意。相變化材料其單位體積的能量儲存量是一般傳統儲熱物質如：水、磚石（masonry）或岩石（rock）的5到14倍。
有機相變化材料（Organic PCMs）
如石蠟（Paraffin）（CnH2n+2）與脂肪酸（fatty acids）(CH3(CH2)2nCOOH)等
優點：
1. 冷卻時無過冷現象發生。
2. 同成份物質易互熔。
3. 與一般傳統物質的相容性高。
4. 化學穩定性。
5. 高熔化熱。
6. 安全不反應。
7. 可回收再利用。
缺點：
1.固態時導熱性差
2.體積潛熱儲存率低
3.易燃
4.為了獲得可靠的相變化點，大多使用工業用級的石蠟，因此成本高。
無機相變化材料（Inorganic PCMs）
通常為鹽類水合物（Salt hydrates）(MnH2O)
優點：
1. 體積潛熱儲存率高。
2. 容易取得且便宜
3.有明確的熔點（sharp melting point）
4.高熱傳率
5.高熔化熱
6.無毒性。
缺點：
1. 體積改變量大。
2. 易有過冷現象發生。
3. 需添加成核試劑（nucleating agents），但重複使用會失效。
共熔相變化材料（Eutectics）
共熔物有明確的熔點與一般物質相似，且體積潛熱儲存密度略高於有機物。但是缺點是可實際應用的物質種類少。
吸濕性相變化材料（Hygroscopic materials）
許多自然界的建築材料是吸濕性的相變化材料，它們可吸收（水凝結（water condenses））和釋放水（水蒸發（water evaporates））。其過程如下：
凝結（Condensation）（氣相變液相），反應熱小於零；焓減少為放熱反應釋出能量。
蒸發（Vaporization）（液相變氣相），反應熱大於零；焓增加為吸熱反應吸收能量。其相關物質有羊毛、泥土及黏土等。
參考資料:
1. Phase_change_material。http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_change_material
2. Sozen, Z. Z.; Grace, J. R.; Pinder, K. L. Ind. Eng. Chem. Res., 1988, 27, 684
相變化材料（phase-change material (PCM)）
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
相變化材料（Phase Change Material, 簡稱 PCM)為一種具有高熔化熱的物質，它具有儲存或釋放大量能量的能力。它在特定的溫度時熔化或固化，藉由物質狀態的改變來吸收或釋放熱能。例如：以醋酸鈉為材質的暖暖包（Heating pad），當醋酸鈉溶液結晶時，熱量就會釋出，使人感到暖和。
特性與分類
相變化材料潛熱的儲存有：固相變固相、固相變液相、固相變氣相及液相變氣相等方式，然而只有固相變液相是有實際應用價值的。液相變氣相的改變，因其體積變化量太大，並產生高壓，而沒有實際應用價值。其它如固相變固相，也因反應慢且潛熱小，亦無應用價值。
相變化材料物質在吸收熱能的過程中，其溫度並沒有明顯的升高，但當其外在環境溫度降低時，相變化材料固化就能放出潛熱。可當相變化材料的物質種類繁多，其溫度範圍可從－5 oC一直到190 oC。在人類最感舒適的溫度20~30 oC範圍內，相變化材料的應用效果很令人滿意。相變化材料其單位體積的能量儲存量是一般傳統儲熱物質如：水、磚石（masonry）或岩石（rock）的5到14倍。
有機相變化材料（Organic PCMs）
如石蠟（Paraffin）（CnH2n+2）與脂肪酸（fatty acids）(CH3(CH2)2nCOOH)等
優點：
1. 冷卻時無過冷現象發生。
2. 同成份物質易互熔。
3. 與一般傳統物質的相容性高。
4. 化學穩定性。
5. 高熔化熱。
6. 安全不反應。
7. 可回收再利用。
缺點：
1.固態時導熱性差
2.體積潛熱儲存率低
3.易燃
4.為了獲得可靠的相變化點，大多使用工業用級的石蠟，因此成本高。
無機相變化材料（Inorganic PCMs）
通常為鹽類水合物（Salt hydrates）(MnH2O)
優點：
1. 體積潛熱儲存率高。
2. 容易取得且便宜
3.有明確的熔點（sharp melting point）
4.高熱傳率
5.高熔化熱
6.無毒性。
缺點：
1. 體積改變量大。
2. 易有過冷現象發生。
3. 需添加成核試劑（nucleating agents），但重複使用會失效。
共熔相變化材料（Eutectics）
共熔物有明確的熔點與一般物質相似，且體積潛熱儲存密度略高於有機物。但是缺點是可實際應用的物質種類少。
吸濕性相變化材料（Hygroscopic materials）
許多自然界的建築材料是吸濕性的相變化材料，它們可吸收（水凝結（water condenses））和釋放水（水蒸發（water evaporates））。其過程如下：
凝結（Condensation）（氣相變液相），反應熱小於零；焓減少為放熱反應釋出能量。
蒸發（Vaporization）（液相變氣相），反應熱大於零；焓增加為吸熱反應吸收能量。其相關物質有羊毛、泥土及黏土等。
參考資料:
1. Phase_change_material。http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_change_material
2. Sozen, Z. Z.; Grace, J. R.; Pinder, K. L. Ind. Eng. Chem. Res., 1988, 27, 684