热膨胀相变仪

我司中标中科院金属研究所“全自动快速热膨胀相变仪”招标采购项目　　我司北京销售部，在北京销售部经理的直接参与下，共同努力，精诚合作，终于用自己熟练的专业知识，完美的服务能力，赢得中科院金属研究所的青睐，成功中标其“全自动快速热膨胀相变仪”招标采购项目。 在此我们恭喜北京销售部的所有同仁，并预祝大家不断取得新的更好的成绩。

美国特拉华州纽卡斯尔市。 2017 年 3 月 1 日 - TA 仪器隆重推出三条全新热膨胀仪产品线，性能卓越的 800 平台喜迎新成员：DIL 820、DIL 830 和 ODP 860。这三款系列仪器均采用 TA 的专属真实差分技术，与强劲的竞争对手的系统相比，测量精确度超出十倍，进一步巩固了 TA 作为全球热分析技术领导者的杰出地位。 这三条新热膨胀仪产品线均基于获得专利的光学传感器，能够以高达 1nm 的分辨率分析样品。每款系统均配备新型高速、无温度梯度加热炉，确保温度控制达到最佳状态，缩短不同测试之间的停机时间。 TA 热膨胀仪属于高精度系统，设计用于测量动态热力变化引发的样本尺寸变化。这些热膨胀仪广泛应用于材料科学、陶瓷制造以及金属加工等领域的众多应用。它们在研究环境和生产控制过程中表现出众。 谈及本次发布的这款新产品，TA 仪器的高温产品经理 Piero Scotto先生 表示：“这是行业领先的热膨胀仪产品。通过将崭新系统设计与差分技术（每款仪器的核心）完美相融，TA 已经成为这一产品领域的新晋市场领导者。TA 仪器提供品类齐全的热膨胀仪，其优异性能和优惠价格符合所有用户的不同需求。 这款新平台由以下部件组成：精确测量尺寸变化的 DIL 830 系列高分辨率卧式推杆热膨胀仪、适用于精密烧结研究的 DIL 820 系列创新型立式推杆热膨胀仪以及执行非接触式样品测试的 ODP 860 多模光学膨胀测量平台。TA 仪器是沃特世公司（纽约证交所：WAT）的子公司，是热分析、流变测量和微量热测量领域分析仪器的领先制造商。公司总部位于美国特拉华州纽卡斯尔市，于 24 个国家/地区设立了办事机构。联系人：-全球营销总监 Ed Moriarty电话：302-427-1033 emoriarty@tainstruments.com TA仪器中国市场主管 Vivian Wang 电话 021-34182128vwang@tainstruments.com

2009年12月15日，我司北京销售经理以真诚的销售服务成功中标中国地震局地质研究所“快速热导率仪项目”。欢迎广大客户咨询本公司产品。　　我司中标沈阳工业大学材料学院“热膨胀仪项目”

近日，中国科学院理化技术研究所研究员林哲帅、副研究员姜兴兴等提出实现晶体热膨胀的超各向异性，为光学晶体反常热膨胀性质的调控提供了全新的方法，对于光学晶体中轴向反常热膨胀性质的功能化具有重要意义。 　　在外界温度变化时，常规光学晶体因“热胀冷缩”效应，无法保持光信号传输的稳定性(如光程稳定性等)，限制了其在复杂/极端环境中精密光学仪器的应用。探索晶体的反常热膨胀性质如零热膨胀，“对冲”外界温场对晶体结构的影响是解决这一问题的有效途径。 　　然而，通过晶格在温度场作用下的精巧平衡来实现零热膨胀颇为困难，一方面，热膨胀率严格等于零的晶体在自然界中不存在；另一方面，目前化学组分调控晶体热膨胀性质的方法，例如多相复合、元素掺杂、客体分子引入和缺陷生成等，影响晶体的透光性能，不利于光学应用。如何在严格化学配比的晶体材料中，利用其本征的热膨胀性能来实现大温度涨落下的光学稳定性，具有重要的科技意义。 　　该研究团队提出实现晶体热膨胀的超各向异性，即沿晶体结构的三个主轴方向分别具有零、正、负热膨胀性，来调控光学晶体反常热膨胀性质的新方法。研究通过数学推导严格证明了当沿着三个主轴方向分别具有零、正、负热膨胀时，晶体具有最大的热膨胀可调性，可实现热膨胀效应和热光效应的精巧“对冲”，获得完全不随温度变化的光程超级稳定性。 　　研究在具有高光学透过的硼酸盐材料中探索，系统分析了晶格动力学特征。在此基础上，研究在AEB2O4 (AE=Ca或Sr)中发现了首个沿着三个主轴方向零、正、负热膨胀共存的特性。原位变温X射线衍射实验证明AEB2O4晶体具有宽的零、正、负热膨胀共存的温区(13 K ~ 280 K)。 　　在相同温度区间内，光程的变化量比常规光学晶体(石英、金刚石、蓝宝石、氟化钙)低三个数量级以上。第一性原理结合变温拉曼光学揭示了AEB2O4这种新奇的热膨胀性质源自离子(AEO8)基团拉伸振动和共价(BO3)基团扭转振动之间热激发的“共振”效应。相关研究成果发表在Materials Horizons上。 　　近年来，该团队致力于光电功能晶体反常热学和反常力学性能的研究，发现了系列具有负热膨胀、零热膨胀、负压缩以及零压缩性能的光电功能晶体，有望为复杂/极端环境下光学器件的稳定性和灵敏度问题提供解决方案。

德国巴赫（BAEHR）热分析公司DIL806光学热膨胀仪进入我国最高学府-北京大学DIL806光学膨胀仪是目前世界上唯一利用光学原理进行测量的热膨胀仪，技术上比传统热膨胀仪更胜一筹。具体表现在： 1、利用光学原理测量是绝对测量，无需对测量结果进行校正（传统热膨胀仪是相对测量，必须对测量结果进行校正）； 2、测量系统无需与试样接触，没有附加的外力作用在试样上，测量更准确； 3、对试样的外形没有严格要求，外形不规则试样，薄试样，甚至发生固-液-固相转变过程的试样，均可进行完美地测试，极大地扩展了热膨胀仪的应用范围。 Disc furnace – 盘式加热炉 Sample – 被测试样 Sender – 激光发送器 Receiver – 激光接收器 北京仪尊科技有限公司是德国巴赫热分析公司在我国的唯一代理，如想更详细地了解该仪器，请登录我公司网站，或与我公司直接联系： 电话：010-84831960 84832051 邮箱：sales@esum.com.cn 网站：www.esum.com.cn

我司北京销售经理以真诚的销售服务成功中标沈阳工业大学材料学院“热膨胀仪项目”。欢迎广大客户咨询本公司产品。

2010年1月14日，我司北京销售部，在北京销售经理的直接参与下，共同努力，精诚合作，终于用自己熟练的专业知识，完美的服务能力，赢得中国矿业大学的青睐，成功中标其“热膨胀仪”采购项目。 在此我们恭喜北京销售部的所有同仁，并预祝大家不断取得新的更好的成绩。

世界最先进的相变仪产品—德国巴赫公司的DIL805淬火/变形膨胀仪，已于2006年11月23日在上海大学顺利验收，并正式投入使用。DIL805相变仪外观雍容华贵、工艺制作精美、性能先进可靠、操作及其方便，处处绽放着顶尖级仪器的品位，备受用户的青睐。我们相信该仪器必将成为我国钢铁及合金研究领域最得力的助手。 有关此产品的详细介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。

对于传统的热膨胀仪，测试量程与分辨率这两个参数很难两全。如果分辨率上升，测量范围通常下降，反之亦然。德国耐驰公司热膨胀仪DIL 402 Expedis通过新型自反馈光电位移测量系统 NanoEye 克服了这一技术上的矛盾。Nanoeye是一种新型的自反馈光电位移测量系统，在过去尚不可能实现的测量范围内具有良好的线性度和最大的分辨率。这是市场上第一个支持调制力（振荡型载荷）的水平膨胀仪系列，藉此打破了膨胀测量和热机械分析(TMA)之间的鸿沟。　　热膨胀仪DIL 402 Expedis分为：Classic，Select ，Supreme三个版本。后两个版本是专门为研发和复杂的工业应用而设计的：即全面的、配置齐全的Supreme版本和可升级的Select版本。　　 　　　　功能原理　　在测试中，如果样品膨胀，图形中的所有绿色部分都会在线性导轨(蓝色)的引导下向后移动。光电解码器直接在适当的刻度上确定相应的长度变化。　　 　　识别功能与数据库　　用于识别和解释DIL测量的包括几个耐驰的数据库，其中有来自陶瓷、无机、金属、合金和聚合物或有机领域的上百条数据。此外，还可以创建特定于用户的库。它们可以与计算机网络中的其他用户共享。　　识别允许从测量曲线的绝对值、斜率或形状中识别未知样本。这也为比较已知的样品与未知样品、评价材料质量提供了可能性。所有测量值都可以存储在庞大的数据库中，并且始终可用于识别或质量评价。

德国Neaspec公司推出的neaSNOM超高分辨散射式近场光学显微系统和nano-FTIR纳米傅里叶变换红外光谱仪以其稳定的性能，高的空间分辨率和的客户体验，自面市以来，在等离子激元、物质鉴别、二维材料、生物成像等领域均获得了广泛好评和青睐。目前国内已有清华大学、南开大学、中科院物理所等数所高校和机构用户使用Neaspec产品进行更深层次的科学研究，并给出高的评价。“NeaSNOM显微镜系统大地促进了我们的贵金属纳米结构表面等离激元研究”，中山大学陈焕君教授如是说。 Neaspec公司也秉承一贯的立创新和开拓进取精神，努力为客户提供优质的服务和便捷的实验工具。近期，Neaspec公司推出了全新的Photo Thermal Expansion（PTE+）和Tip Enhanced Raman Spectroscopy（TERS）功能模块,期待可以更好地服务广大科研工作者。 Photo Thermal Expansion（PTE+）功能模块基于被检测物质在激光照明下的热膨胀，通过机械变化的检测还原物质的吸收光谱。对于热膨胀系数较大物质，尤其是高分子材料，PTE模块可以提供良好的吸收谱线，对物质鉴别、材料分析工作是很好的补充。 Tip Enhanced Raman Spectroscopy（TERS）功能模块将大拓展现有产品应用领域。物质的拉曼光谱不同于吸收或者反射光谱，反映的是非弹性散射光性质，可以得到分子振动、转动方面的信息。但是由于其信号弱，一般难以直接应用于实际分析。针增强拉曼光谱利用了AFM探针纳米的曲率半径，对物质的拉曼信号可以起到良好的增强作用。Neaspec公司基于该技术，与s-SNOM技术结合，推出了该项全新模块，以期在分子检测方面为科研工作者提供更大的便利。相关产品链接neaSNOM超高分辨散射式近场光学显微镜http://www.instrument.com.cn/netshow/C170040.htmnano-FTIR纳米傅里叶红外光谱仪http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C194218.htm

在航空航天、微电子器件、光学仪器等精密仪器设备中应用的结构部件，对尺寸稳定性有极为严苛的要求。由于温度升高或降低而导致的材料形状变化对其功能特性和可靠性有着很大影响。因此，具有近零热膨胀性能的钛合金在需要高尺寸稳定性的结构中具有极高的应用价值。例如，美国国家航空航天局已针对太空望远镜所需的超高稳定性支撑结构，使用这类钛合金制造了镜体支架。在激光加工领域，已有使用这种材料制造的光学透镜筒体，解决了透镜焦点热漂移的问题。这类材料特殊的热膨胀性能与其内部αʺ马氏体物相的各向异性热膨胀行为有关。但是，现有的通过冷加工工艺获得的低热膨胀系数限制于单相马氏体相区，即使用温度上限通常小于~100℃，限制了其在工程领域的广泛应用。近期东莞理工学院中子散射技术工程研究中心王皓亮博士在冶金材料领域的TOP期刊《Scripta Materialia》上发表题目为《Nano-precipitation leading to linear zero thermal expansion over a wide temperature range in Ti22Nb》的研究论文。论文介绍了在宽温域线性零膨胀钛合金特殊热膨胀性能形成机理方面取得的新的进展。论文第一作者为东莞理工学院机械工程学院王皓亮博士，通讯作者为机械工程学院孙振忠教授，共同通讯作者为比利时鲁汶大学Matthias Bönisch博士，合作作者有中国散裂中子源殷雯研究员和徐菊萍博士等。王皓亮博士主要从事金属材料物相晶体结构、微观组织及应力分析；钛合金固态相变及功能性研究；高等级耐热钢焊接接头蠕变失效预测研究。1.拉曼光谱在材料研究中的应用（图1.Ti22Nb合金通过析出纳米尺寸第二相获得的宽温域零膨胀性能）研究人员利用中子衍射技术表征材料微观结构的巨大优势，配合使用XRD冷热台（变温范围 -190℃到600℃ ，温控精度±0.1℃，文天精策仪器科技（苏州）有限公司）实现测试样品的温度变化，精确鉴定了线性零膨胀Ti22Nb钛合金中的物相组成，证实了依靠溶质元素扩散迁移形成的等温αʺiso相也具备调控热膨胀系数的功能。相对于冷加工材料，该研究中通过机械+热循环处理获得的双相复合材料，其低热膨胀行为的作用范围被拓宽至300℃。结合其他原位X-ray衍射和EBSD/TKD电子显微表征技术，在纳米到微米尺寸范围内全面分析了材料微结构要素，澄清了热循环过程中纳米尺寸αʺiso相的形成路径，揭示了微观晶格畸变/相变应变、晶体学取向参量和宏观热膨胀系数的之间的定量关系，为设计具有较宽使用温度范围的低/负热膨胀钛合金提供了新的途径，是从理论研究向技术和产品层面跃进的重要依据和前提。 (图2.(a)不同状态Ti22Nb合金中子衍射谱线，(b)原位升降温XRD谱线(c)母相及析出相衍射峰强度随温度演化规律)（图3.原位升降温XRD测试）图4.原位XRD冷热台

本文作者：Aileen Sammler 作为德国耐驰60周年纪念的宣传活动的一部分，本文将详细介绍膨胀计的不同应用领域。　　耐驰获得专利的最新技术　　德国耐驰拥有极佳的膨胀测量系统——测量单元的功能设置在许多国家获得专利，并具有许多优点，例如：　　初始样品长度不限范围以及在更高分辨率下的长度变化　　明确的低恒定接触力　　力控制调节，推杆无冲击且可重复移动　　初始样品长度的自动识别　　图：DIL 402 Expedis Supreme代表了顶尖的膨胀计技术：自动测定样品长度、在非常广的测量范围内保持恒定的分辨率、测量系统极好的温度稳定性以及双吊炉扩展的温度范围。除此之外，测量系统还可以进行力调制，从而连接热机械分析（TMA）。图：DIL 402 HT Expedis–2800°C高温版本：无论在航空航天、发电、石油和天然气行业还是要求极严的研究项目中，最高温度可达2400°C或2800°C的石墨炉都能为金属、合金、陶瓷和复合材料的热膨胀测定提供了恰到好处的配置。图：手套箱版本的DIL 402 ExpedisSupreme，适用于对氧气或水分敏感的材料，以及用户必须避免接触样品的情况。膨胀计的外壳完全由不锈钢制成。因此，不存在与样品或环境相互作用的塑料零件。膨胀计可以测量各种材料如今，膨胀计可用于测量各种材料——从塑料、陶瓷、玻璃到建筑材料。玻璃成分的变化也可以通过测量热膨胀系数或测定玻璃化转变温度快速而容易地确定。此外，相变会影响建筑材料（如混凝土）的膨胀和收缩行为。这些对使用它们的系统的统计可靠性和使用寿命有重大影响。通过膨胀计，可以研究膨胀和收缩等尺寸变化，以及体积变化。几十年来，这些方法已成功地在工业和研究中心应用了数十年，如瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心。耐驰期待着膨胀测量未来数十年依然可以“发光发热”。你知道吗？德国耐驰（NETZSCH-Gerätebau）不仅仅在高温领域表现极佳，在低温膨胀计领域也处于第一梯队，可以实现最低至-260°C的膨胀测量。例如，这些膨胀计用于磁悬浮列车的功能测试。图：DIL 402ED点击直达：热膨胀仪专场德国耐驰展位

圆柱电芯的膨胀力主要源于电池内部的化学反应和充放电过程中的物理变化。在充电过程中，正极上的活性物质释放电子并嵌入负极，导致正极体积减小，负极体积增大。同时，电解液在充电过程中发生相变及产气副反应，也会造成一定的体积变化。这些因素共同作用，使得圆柱电芯在充放电过程中也会产生膨胀力。随着充放电次数的增加，这种膨胀力逐渐累积，导致电芯的尺寸发生变化。这种尺寸变化不仅会影响电池的外观和使用寿命，还可能对电池的安全性产生影响。因此，准确表征圆柱电芯的膨胀力对于优化电池设计、提高电池性能和安全性具有重要意义。表征圆柱电芯膨胀行为的方法电池的膨胀行为分为尺寸上的膨胀量和力学上的膨胀力测量。目前，对于软包电池、方壳电池膨胀行为的测量表征，已有较多研究和相应的测试手段及设备，在此不再赘述。但对于圆柱型电池的膨胀行为研究相对较少，也没有较好的商业化膨胀力评估手段。目前在文献资料中，常见的圆柱电芯膨胀行为的表征手段主要有以下几种：1、估算法如图1和图2所示，有研究表明圆柱型电池的膨胀变化与电池的SOC和SOH状态具有一定的相关性。但该方法建立在圆柱型电池的膨胀在整个圆周上是均匀的。图 1 单次充放电过程中，圆柱型电池的可逆膨胀变化图 2 电池老化过程中，圆柱型电池的SOH变化与不可逆膨胀之间的关系直接测量法通过在圆柱电芯外部施加压力，通过贴附应变片测量应变，该方式计算复杂，无法直观体现膨胀力。2、影像分析法影像分析法是一种无损检测方法，如利用CT断层扫描、中子成像、X射线、超声波等影像技术观察电芯内部的形变情况，通过分析影像的变化来测算电芯尺寸变化。这种方法适用于多种类型的圆柱电芯，且对电芯无损伤。然而，影像分析法需要使用昂贵的专业设备，且测量精度易受到设备性能和操作人员经验的影响。3、薄膜压力法一般需解剖圆柱电池，在电芯内部嵌入薄膜压力传感器或压敏纸的方式，从而获得圆柱电芯在不同方位上的膨胀力分布情况。但薄膜压力传感器精度一般较低，成本高；而压敏纸分析，具有滞后性。该测试均为破坏性测试。表征圆柱电芯膨胀行为存在的问题有研究表明，圆柱型电池电池实际的膨胀是明显偏离预期的均匀膨胀，在周长上会形成膨胀和收缩的区域，这取决于圆柱型电池的卷芯卷绕方向。因此，使用体积变化来研究老化或预测SOC需要特别谨慎，因为膨胀会因测量位置而显著不同，测量结果可能因测量方法而有偏差。电弛膨胀测试解决方案电弛自主研发的电池膨胀测试系统，高度集成了温控、充放电、伺服控制、高精度传感器等模块，并提供企业级系统组网功能。该系统可对多种电池种类和电池形态的电池进行膨胀行为测试，包括碱金属离子电池(Li/Na/K)、多价离子电池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金属离子电池(金属-空气、金属-硫)、固态电池，以及单层极片、模型扣式电池(全电池、半电池、对称电池、扣电三电极)、软包电池、方壳电池、圆柱电池、电芯模组。同时，可为不同形态电池提供定制化夹具，开展手动加压、自动加压、恒压力、脉冲恒压、恒间距、压缩模量等不同测试模式的研究。本产品还可方便扩展与电池产气测试、内压测试、成分分析的定制集成。为锂电池材料研发、工艺优化、充放电策略的分析研究提供了良好的技术支持。参考文献Jessica Hemmerling, 2021. Non-Uniform Circumferential Expansion of Cylindrical Li-Ion Cells—The Potato Effect. Batteries, 7, 61.

ZBO晶体的近零膨胀性质、优异的透过性能以及良好的生长习性　　热胀冷缩是自然界物体的一种基本热学性质。然而也有少数材料并不遵循这一基本物理规则，存在着反常的热膨胀性质，即其体积随着温度的升高反常缩小(或不变)。其中，有一类材料的体积在一定温区内保持不变，称为零膨胀材料，在很多重要的科学工程领域具有重要的应用价值。目前已有的绝大多数零膨胀材料是通过将具有负热膨胀性质的材料加入到其它不同材料中，通过化学修饰的手段控制其膨胀率，形成零膨胀状态。而纯质无掺杂的零膨胀晶体材料因为能够更好地保持材料固有的功能属性，在各个领域更具应用价值。但由于在完美晶格中实现负热膨胀与正膨胀之间的精巧平衡十分困难，纯质无掺杂晶体材料中的零膨胀现象非常罕见。迄今为止仅在七种晶体中发现了本征的零膨胀性质。同时，在目前已有的零膨胀晶体材料中含有过渡金属或重原子，其透光范围仅仅截止于可见波段，因此探索具有良好透光性能的纯质无掺杂零膨胀晶体材料是热功能材料领域及光学功能材料领域里极具科学价值的研究热点。　　中国科学院理化技术研究所人工晶体研究发展中心研究员林哲帅课题组与北京科技大学教授邢献然课题组合作，首次在单相硼酸盐材料体系中发现了新型零膨胀材料。相关研究成果发表在国际材料科学期刊《先进材料》上(Near-zero Thermal Expansion and High Ultraviolet Transparency in a Borate Crystal of Zn4B6O13, Adv. Mater.,DOI:10.1002/adma.201601816)。他们创新性地提出利用电负性较强的金属阳离子限制刚性硼氧基团之间的扭转来实现零膨胀性质，并在立方相硼酸盐Zn4B6O13(ZBO)中实现了各向同性的本征近零膨胀性质。　　ZBO晶体具有硼酸盐晶体中罕见的方钠石笼结构：[BO4]基团共顶连接形成方钠石笼，[Zn4O13]基团被束缚在方钠石笼中，[BO4]基团之间的连接处被较强的Zn-O键固定住。通过变温X射线衍射实验，证明了ZBO晶体在13K-270K之间的平均热膨胀系数为1.00(12)/MK，属于近零膨胀性质，其中在13K-110K之间的热膨胀系数仅为0.28(06)/MK，属于零膨胀性质。他们利用第一性原理计算结合粉末XRD数据精修揭示了ZBO的近零膨胀性质主要来源于其特殊的结构所导致的声子振动特性：低温下对热膨胀有贡献的声子模式主要来源于刚性[BO4]基团之间的扭转，刚性 [BO4]基团之间的扭转被较强的Zn-O所限制，使得其在13K-270K之间呈现出非常低的热膨胀系数。　　ZBO晶体具有良好的生长习性。林哲帅课题组与中科院福建物质结构研究所吴少凡课题组合作，获得高光学质量的厘米级晶体。经过测试表明，ZBO的透光范围几乎包含了整个紫外、可见以及近红外波段，紫外截止边是所有零膨胀晶体中最短的。同时其还具有良好的热稳定性、高的力学硬度以及优异的导热性能。综合其优良性能，ZBO晶体在应用于低温复杂环境中的高精度光学仪器，例如超低温光扫描仪、空间望远镜和低温光纤温度换能器中具有重要的科学价值。　　许多硼酸盐晶体材料在紫外波段具有良好的透过性能。同时，由于硼氧之间强的共价相互作用，硼氧基团内部的键长键角随温度基本保持不变，而硼氧基团之间的扭转能够引起骨架结构硼酸盐的反常热膨胀效应。林哲帅课题组率先在国际上对硼酸盐体系展开了反常热膨胀性质的探索。在前期工作中，他们与理化所低温材料及应用超导研究中心研究员李来风课题组合作，发现了两种具有罕见二维负热膨胀效应的紫外硼酸盐晶体(Adv. Mater. 2015, 27, 4851 Chem. Comm. 2014, 50, 13499)，并对其机制进行了阐明(J. Appl. Phys. 2016，119, 055901)。　　相关工作得到了理化所所长基金、国家自然科学基金以及国家高技术研究发展计划(“863”计划)的大力支持。

负泊松比材料在受到压缩载荷时横向收缩，负热膨胀系数材料在受热时发生收缩现象。而负泊松比和负热膨胀系数相结合的新型超材料为材料的特殊需求提供了进一步的可能性。香港城市大学深圳研究院介绍了一种具有负泊松比与负热膨胀系数的双负超材料（Extreme Mechanics Letters, 2019）。这种新型超材料基于传统的星型内凹结构。为了提高该结构的负泊松比，研究者分别在结构和排列方式上进行了创新。这种结构和排列上的创新使得超材料在受到外界力/位移载荷时呈现出内凹变形机制，从而表现出负泊松比。图1(a), (b)新构型超材料的结构以及(c), (d)两种不同的排列方式。为了得到负热膨胀系数，在一个结构中引入了两种热膨胀系数不同的材料（图1a）。蓝色的杆的热膨胀系数较小，而红色的杆热膨胀系数较大。研究者用大量的数值模拟对新构型超材料的负热膨胀系数进行了验证。在加热时红色的杆因为需要伸长的更多而使得垂直方向蓝色的杆发生弯曲，从而减小了整个结构所占有的空间，表现出负的热膨胀系数（图2）。图2新构型超材料受热变形图。为了验证该超材料的负泊松比行为，研究者们采用摩方P130 打印机对材料进行了制备。并用试验和数值仿真相结合的方法对其负泊松比行为进行了验证，两者吻合的较好。由于材料打印的尺寸在微米级别，这也为材料在声学、光学等方面的应用提供了可能性。图3新构型超材料电镜观测图以及受力变形图。该研究工作发表于Extreme Mechanics Letters，香港城市大学深圳研究院陆洋老师为通讯作者。摩方nanoArch P130打印的轻质高强结构材料，最小杆径8 μm。深圳摩方材料科技有限公司持续助力香港城市大学深圳研究院在超材料领域的研究及应用，其自主研发的nanoArch P130 3D打印机精度高达2微米。除上述研究工作中的超材料应用外，另一重要的应用是轻质高强力学超材料，具有超轻质量和超高强度。其优异的力学性能得益于其中的微晶格结构，如上图所示，这些微晶格结构非常复杂，使用传统的二维制造技术无法加工制作，而摩方的微尺度3D打印技术则可以快速高效加工出这种复杂三维微结构，且具有极高的打印分辨率（图中微点阵结构，最小杆径8 μm）。BMF nanoArch P130打印系统

本文作者:Aileen Sammler德国耐驰公司（NETZSCH-Gerätebau GmbH）将在2022年正式庆祝公司成立60周年的纪念日。为此，我们将关注耐驰仪器背后的故事——耐驰分析仪器及其在过去几十年中的发展。1月份，我们将从膨胀计开始，它是德国耐驰历史上最古老的仪器之一。1962年，德国耐驰公司（NETZSCH-Gerätebau GmbH，NGB）在塞尔布成立。在过去的60年里，德国耐驰已经成为世界领先的热分析制造商之一。我们为我们的员工感到自豪，他们以非凡的决心和毅力推动着耐驰前进。我们感谢与我们的客户和合作伙伴间彼此信任和富有成效的合作。我们共同倡导质量、专业、创新和可持续性，并将在未来几十年继续坚守。德国耐驰多年来一直由Thomas Denner博士和Jürgen Blumm博士成功地管理。Thomas Denner博士非常清晰地记得他在塞尔布的开始：“当我2004年开始在耐驰工作时，我对员工的积极特别印象深刻。从公司成立的第一天起，我还偶然结识了一些同事。一方面，我感觉到他们有着精明的头脑，另一方面非常愿意探索未知。他们对过去取得的成就的自豪感和可持续发展的追寻今天也能感受得到。这将使我们能够在未来几个月里向你们展示我们的许多不同的系统和设备，它们最初出现在热的材料表征，目前采用了当今最先进的技术延续至今。我们将从一个仪器开始，这个仪器在很多年前就已经是一篇博士论文的焦点，最近又在一篇论文的背景下得到了解决，并立即带来了专利技术。我自豪地期待着接下来的耐驰60年主题月。”耐驰历史回顾早在20世纪50年代，在Netzsch兄弟的管理下，就建立了完整的陶瓷产品生产线。在向精细陶瓷行业的客户提供完整的生产设备的过程中，这些客户还要求能够购买相关的测试或实验室设备。这就是决定开发和制造用于建立陶瓷实验室的专用仪器的原因。这种设备的开发最初是从小规模做起的：这些想法被纳入了前耐驰公司（Maschinenfabrik Gebrüder Netzsch）学徒车间的测试仪器中。为了加强“测试仪器”部门的开发、生产和销售活动，耐驰公司（NETZSCH-Gerätebau GmbH）于1962年6月27日成立，总部设在塞尔布。随后，最早陶瓷行业实验室仪器的研制成果之一是：通过热膨胀测量装置，促进陶瓷碎片和釉料膨胀系数的协调。为此，研制了膨胀计。膨胀计——过去和现在德国耐驰膨胀计（简称DIL）的发展可以追溯到瓷器行业，也可以追溯到耐驰的诞生地——德国上Upper Franconi的塞尔布。使用膨胀计的目的是能够准确了解瓷碟在烧制过程中可能发生的膨胀，以防止裂纹和断裂的形成，并确定最终产品的准确尺寸。如今，膨胀计是研究陶瓷、玻璃、金属、复合材料和聚合物以及其他建筑材料长度变化的首选方法。它用于获取有关热行为和工艺参数或烧结和交联动力学的信息。膨胀计用于质量保证、产品开发和基础研究。第一台膨胀计在塞尔布使用图：60年代最早使用的膨胀计之一，曾在Rosenthal使用，现在在塞尔布Porzellanikon德国陶瓷博物馆展出（Porzellanikon德国陶瓷博物馆，位于象征欧陆三百年瓷器发展的历史重镇—德国塞尔布市（Selb），由德国名瓷罗森塔（Rothantal）1866年创立的厂房改建，总占地11,000平方米。Porzellanikon不仅是德国首家陶瓷博物馆，更是全欧洲最大的陶瓷博物馆，其不同于一般博物馆，展示的不只是瓷器的过去，更是它的现在与未来，从艺术、历史、商业到尖端科技，勾勒出一个清晰完整的瓷器现代新风貌，更是承载着欧洲陶瓷历史与艺术的珍贵宝库。）塞尔布——世界瓷都。Rosenthal、Hutschenreuther或Villeroy&Boch等名字在国际上都很有名，与Upper Franconia的这座小城有着密切的联系。60多年前，这家瓷器厂的前所有者Philipp Rosenthal给Erich Netzsch打电话。“我们杯子的把手在烧制过程后会断裂。我们需要一些东西来确定瓷器的膨胀行为，以优化生产过程，”这次谈话可能就是一切的开始。这就是膨胀计的诞生！顺带一提，在Rosenthal工作了近30年后，第一台测量设备于1996年移交给了塞尔布Porzellanikon德国陶瓷博物馆，在那里仍然可以欣赏它。从X-Y绘图仪的打印输出到Digital Proteus评估图：Stefan Thumser（前排，左三）和服务部门的同事（1997年）Stefan Thumser于1984年开始他作为能源设备的机电和电子技术员的学徒生涯。作为德国耐驰客户服务部门的长期支柱，他负责耐驰设备的调试、故障排除和基础培训，目前拥有38年的经验和专业知识。几十年来，他积极参与了膨胀计的开发，今天，他随时报告膨胀计取得的进展。Stephan Thumser回忆道：“过去操作膨胀计是真正的手工工作。除了插入样本，许多设置都必须手动选择。这些有时就要花一个小时。如今，你不必再担心这个问题了。只需插入样本，然后通过软件控制开始测量。”图：1979年为陶瓷制造商 Rosenthal定制的膨胀计。这种膨胀计仍然可以在塞尔布的Rosenthal 直销中心看到。“在膨胀计的历史发展过程中，最显著的差异是在测量评估领域。这过去是通过记录仪器以模拟格式进行的，例如2通道记录仪、X-Y绘图仪或所谓的KBK-6彩色点阵打印机。获得的测量数据无法 1:1转换为测量结果，因为样品架和推杆的固有膨胀作为误差包含在记录中。而手动校正这些测量值很费力，通常需要数小时的详细工作。如今，只需点击鼠标和/或通过Proteus软件即可完成。在测量后的几秒钟内，自动校正后完整曲线出现在计算机上。一次测量的准备工作，包括设置测量范围和开始位置，以及通过质量流量控制器调节气体，现在只需按下一个按钮即可完成。”即使在早期，质量、创新和客户满意度也是耐驰的首要任务。因此，膨胀计多年来不断改进。Stefan Thumser接着说：“2015年，随着新的DIL 402 Expedis仪器系列的开发，在一台仪器上安装两个熔炉也成为可能，可以进行更快、更灵活的操作。”图：用于手动测量评估的旧KBK打印机（6色多通道打印机）点击下方链接直达：热膨胀仪专场德国耐驰展位

本文作者：Aileen Sammler 作为德国耐驰60年发展回顾的一部分，本文将介绍德国耐驰总经理Jürgen Blumm博士在其论文中对膨胀计的研究，以及已获专利的纳米眼测量系统是如何彻底改变膨胀计的。1995年，Jürgen Blumm在耐驰应用实验室开始了他的职业生涯。通过与维尔茨堡大学合作的烧结优化研究项目，他将他的论文专注于“烧结过程前后高性能陶瓷的热特性”这一主题。测量方法扩展并结合了他的博士论文，为烧结过程的分析提供了一种全新的方法。动力学模拟计算为陶瓷材料烧结过程的优化做出了开创性的贡献。Jürgen Blumm是最早利用膨胀计（DIL）研究多步烧结动力学的人之一。图：在2002年NGB成立40周年之际展示膨胀计——左起：Jürgen Blumm博士、Dagmar Schipanski教授、Hans Peter Friedrich博士和Wolf Dieter Emmerich博士（1974年至2005年任耐驰总经理）Jürgen Blumm博士论文节选：“在高性能陶瓷的生产中，在大多数情况下，粉末状的原材料会被添加剂（粘合剂、烧结添加剂）抵消。然后，粉末通过模压工艺（如压制）转化为坯体。”然后，通过烧结过程使材料凝固，凝固过程中粉末颗粒粘合在一起，孔隙率降低。烧结通常是热处理的一部分，在此过程中的温度控制对陶瓷的结构性能具有决定性影响。在当今许多工业领域，材料和部件都采用了计算机辅助建模和制造工艺优化的方法。例如，多年来，铸造技术中优化凝固过程的模拟程序得到了广泛应用。然而，在陶瓷元件的生产中，这些方法尚未建立。通过膨胀计测量长度变化，并随后对测量数据进行热动力学评估，可以深入了解烧结过程中的复杂过程和反应过程，而仅仅通过膨胀测量是无法实现的。此外，热动力学分析的使用还提供了通过计算机辅助模拟优化陶瓷材料致密化的可能。”获得专利的纳米眼测量系统：膨胀计的一场革命谁还记得？过去，长度变化是通过感应式位移传感器检测的。这种模拟测量原理表现出不便的非线性，必须反复手动校准。现在，德国耐驰的专利纳米眼测量系统具有100%的线性。由于校准是在测量系统的制造过程中进行的，因此不再需要校准。2015年，德国耐驰通过DIL Expedis系列引入了膨胀计测量系统的革命性新概念。当时新集成的纳米眼测量系统基于光电测量传感器和力的施加的相互作用，其在致动器的帮助下被精确控制。从那时起，无论样品的膨胀或收缩如何，都可以施加10mN到3N之间的恒定力。在此之前，不可能在保持相同分辨率的同时增加测量范围。纳米眼测量系统提供了以前无法实现的分辨率，在高达50 mm的整个测量范围内，分辨率高达0.1 nm，且具有完美的线性。耐驰（NETZSCH Gerätebau）机械开发负责人Fabian Wohlfahrt博士解释说：“已获专利的测量系统的其他重要技术特性包括无摩擦膨胀、力控制回路，以及通过自动样本长度测量提高测量范围，同时提高分辨率和减少操作员影响。”自2012年以来，Fabian Wohlfahrt博士一直在耐驰工作，他撰写了关于纳米眼膨胀计测量系统开发的博士论文。但耐驰不仅使膨胀行为的测定更加准确，还简化了在开始测量之前正确插入样品的过程。多点触控软件功能可帮助用户在插入样本后正确安装样本。此外，不再需要手动确定样本长度。如今，纳米眼膨胀计测量系统自动处理所有这些任务。照片：纳米眼测量单元示意图点击直达：热膨胀仪专场德国耐驰展位

德国巴赫热分析公司的世界领先产品--DIL805淬火/变形热膨胀仪（相变仪）拥有世界上众多的金属研究的用户。由于价格昂贵，在中国一直没有此领域的使用者。日前，上海大学材料学院经过反复的调研论证，已经和巴赫公司的中国总代理-北京仪尊时代科技有限公司签署了购买合同。所以，上海大学将成为国内首台高级相变仪的使用者，希望它将成为该校金属学研究的得力帮手。同时，仪尊时代感谢上海大学的信任和支持，将继续为推动此产品的市场而做出努力！有关此产品的介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。

全国固态相变及凝固学术会议自上世纪八十年代以来已经成功举办了九届，成为国内相变领域的一项重要学术交流活动。中国金属学会材料科学学分会相变及凝固学术委员会于2012年5月16—20日在江苏苏州举办第十届全国相变、凝固及应用学术会议。本次会议由中国金属学会材料科学分会主办，苏州科技学院承办。德国linseis仪器公司参了加此次会议，会议主要展示了linseis公司热分析仪器。主要有：高端淬火系列热膨胀系统、赛贝克系数测定仪、热膨胀仪、差示扫描量热仪、激光热导仪、热机械分析仪、高压综合热分析仪、快速热重、热常数分析仪等。欢迎广大用户和合作伙伴咨询、洽谈。

继2006年上海大学后，北京科技大学与北京仪尊时代科技有限公司正式签约，购买德国巴赫热分析公司生产的世界领先产品--DIL805淬火/变形热膨胀仪（相变仪）。成为该设备在中国的第二个使用者。目前，德国巴赫公司在该领域的欧美市场占有率几乎百分之百。近年来，很多中国的金属、尤其是钢铁方面研究人员对该设备表现出了浓厚的兴趣，显示出中国钢铁行业在特种钢和优质钢方面长足进步，也是缩小我们与欧美国家在钢铁领域差距的一个缩影。相信该设备将成为该校金属学研究的得力帮手。 有关此产品的介绍，请登陆www.esum.com.cn或电话咨询：010-84831960。screen.width-300)this.width=screen.width-300"

p　　武汉嘉仪通科技有限公司作为一家以薄膜物性检测为战略定位的高科技企业，一直专注于薄膜材料物理性能分析与检测仪器的自主研发，拥有一系列自主研发的热学相关分析仪器。其中，相变温度分析仪是嘉仪通热学分析仪器中非常有代表性的产品之一。br/ 相变温度分析仪(PCA)是根据材料相变前后光学性质(反射光功率)有较大差异的特性，在程序控温下，使用一束恒定功率的激光照射样品表面，记录反射光功率变化，形成反射光功率与温度变化曲线，从而确定相变温度的一款仪器。可以实现对相变材料进行相变温度的实时测定、新型材料(相变材料、相变储能材料)的稳定性测试及性能优化以及进行新型相变机理(晶化温度的尺寸效应、材料的结晶动力学过程等)的研究等功能。br/strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "为什么选择研发相变温度分析仪?/span/strongbr//pp　　相变材料(PCM-Phase Change Material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。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。这种非常重要的材料，可广泛应用在航天、服装、制冷设备、军事、通讯、电力、建筑材料等方面。但是在这种材料的科研过程中，理想的相变材料非常难找到，只能选择具有合适相变温度和有较大相变潜力的相变材料，而无损测试材料的相变温度却又是很难办到的。/pp　　嘉仪通正是发现了无损检测材料相变温度的重要性，想要帮助科研人员解决相变温度测试难题，进一步助力相变材料的应用发展，因此我们加大投入力度，从理论研究到工程化测试，不断攻坚克难，采用更加先进的测试方法和更加精密的控制系统，最终历时近6年时间，终于成功研发出了这款可以无损检测材料相变温度的精密仪器。/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/e832f85f-2f28-4ec9-8c44-f495fd028266.jpg" title="相变温度分析仪PCA-1200.png" alt="相变温度分析仪PCA-1200.png" width="400" height="275" border="0" vspace="0" style="width: 400px height: 275px "//pp style="text-align: center "strong相变温度分析仪 PCA-1200/strong/ppstrongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "嘉仪通相变温度分析仪具有哪些功能特性?/span/strong/pp style="text-align: center "strong全新技术设计/strong/ppimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/f4dc9b2c-620c-4f33-9da4-2d0dcecca464.jpg" title="全新技术设计.png" alt="全新技术设计.png" width="350" height="330" border="0" vspace="0" style="float: left width: 350px height: 330px "/br/span style="color: rgb(0, 176, 80) "strongbr/无需基线，曲线趋势分析/strong/span/ppbr/br/span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong无需标样，绝对测算方法/strongstrong/strong/span/ppbr/br/span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong无损检测，无需破坏膜层材料结构/strongstrong/strong/span/pp style="text-align: center "br/br/strong功能特色/strong/pp· 采用高性能长寿命红外加热管进行加热，核心加热区采用抛物反射面设计，确保对样品进行有效全方位加热。/pp· 采用PID调节与模糊控制相结合的温控系统，可实现系统的高速跟随控制，可实现最快50℃/s升温速度。/pp· 以直线滚珠轴承作为组件支撑及运动导向关联件，确保送样的平稳可靠，行程限垫可有效确保导轨的行程范围。/pp· 压迫式弹针接触端可确保温度传感器的有效接通，同时其弹力可确保设备处于锁紧状态时方可进行加热操作等事宜，避免误操作。/pp· 组合隔温挡圈能有效形成前后隔离，确保温场均匀。/pp style="text-align: center "strong应用范围/strong/pp style="text-align: center "TiN薄膜，GeTe薄膜，ZrOsub2/sub薄膜，掺Ti的ZnSb薄膜，SiC薄膜，显示屏玻璃，形变记忆合金薄膜，NiAl复合薄膜，VOsub2/sub薄膜，PZT铁电材料，MgO/Ni-Mn-Ga薄膜，GST相变存储薄膜，金属Co薄膜，Alsub2/subO3薄膜，等/pp style="text-align: center "strong测试案例/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong红外材料/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/b7da2f45-1e2a-4575-ad21-52c91c75b63a.jpg" title="四川大学提供的红外材料样品VO2.jpg" alt="四川大学提供的红外材料样品VO2.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图1：VO2不同升温速率12℃/min、15℃/min/strong/pp style="text-align: center "strong(四川大学提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong复合材料/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/fa3ce443-ac01-434e-8bb7-f2fc8e00b90b.jpg" title="西南科技大学提供的复合材料样品铝镍合金复合薄膜.jpg" alt="西南科技大学提供的复合材料样品铝镍合金复合薄膜.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图2：铝镍合金复合薄膜/strong/pp style="text-align: center "strong(西南科技大学提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong相变存储材料/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/f175574c-c528-4a7c-a745-aaf92126f24e.jpg" title="中科院微系统所提供的相变存储材料样品.jpg" alt="中科院微系统所提供的相变存储材料样品.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图3：相变存储材料图/strong/pp style="text-align: center "strong(中科院微系统所提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong热电薄膜材料/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/a822a53d-5c63-41c6-a2ea-3237ee56ece0.jpg" title="深圳大学提供的热电薄膜材料样品掺Ti的ZnSb.jpg" alt="深圳大学提供的热电薄膜材料样品掺Ti的ZnSb.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图4：热电转换薄膜材料(掺Ti的ZnSb)/strong/pp style="text-align: center "strong(深圳大学提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong氧化锆薄膜/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/63e8d2e4-4c04-4112-aa76-10f92a542629.jpg" title="清华大学提供的氧化锆薄膜样品.png" alt="清华大学提供的氧化锆薄膜样品.png"//strong/pp style="text-align: center "strong图5：ZrO2薄膜/strong/pp style="text-align: center "strong(清华大学提供样品)br//strong/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/e6c00cea-ef7b-4cca-a103-57181b6b0131.jpg" title="氧化锆薄膜与XRD对比图.jpg" alt="氧化锆薄膜与XRD对比图.jpg"//pp style="text-align: center "strong氧化锆薄膜与XRD对比图/strongbr//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong高温陶瓷材料/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/ffba8968-5aa8-4340-927b-bad7ff25421f.jpg" title="海南大学提供的高温陶瓷材料样品TiN薄膜硅基底.jpg" alt="海南大学提供的高温陶瓷材料样品TiN薄膜硅基底.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图6：高温陶瓷材料(TiN薄膜硅基底)/strong/pp style="text-align: center "strong(海南大学提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong硬质合金薄膜材料/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/9b945867-70c2-4548-adcc-cb5a2dbc1488.jpg" title="武汉大学提供的硬质合金薄膜材料样品切削刀具.png" alt="武汉大学提供的硬质合金薄膜材料样品切削刀具.png"//strong/pp style="text-align: center "strong图7：切削刀具相变监测曲线/strong/pp style="text-align: center "strong(武汉大学提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strongSiC薄膜/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/05df342d-1488-40b8-bf7c-8cf2f1dbd1d5.jpg" title="中国电子科技集团第五十五研究所提供的SiC薄膜样品.png" alt="中国电子科技集团第五十五研究所提供的SiC薄膜样品.png"//strong/pp style="text-align: center "strong图8：SiC薄膜热膨胀系数监测曲线/strong/pp style="text-align: center "strong(中国电子科技集团第五十五研究所提供样品)/strong/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 80) "strong显示屏玻璃/strong/spanstrongbr/img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/01d1e69a-88b7-4aae-9edc-c1864a7dce34.jpg" title="武汉天马提供的显示屏玻璃样品.png" alt="武汉天马提供的显示屏玻璃样品.png"//strong/pp style="text-align: center "strong图9：显示屏玻璃热膨胀系数监测曲线/strong/pp style="text-align: center "strong(武汉天马提供样品)/strong/pp style="text-align: right "strong（供稿：武汉嘉仪通）/strong/p

所有细胞都有一个最为基础的功能，即控制自己的体积避免过度膨胀。数十年来，人们一直在寻找实现这一功能的蛋白，现在来自斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）的科学家们终于找到了它。这个称为 SWELL1 的蛋白解决了一个重要的细胞生物学谜题，并且与健康和疾病有着密切的关联。例如，该蛋白的功能出现异常，会造成一种严重的免疫缺陷。论文资深作者、斯克里普斯研究所教授 Ardem Patapoutian 表示：&ldquo 认识这种蛋白及其编码基因，为人们开辟了新的研究方向。&rdquo 相关研究作为封面文章发表在近期的《细胞》（Cell）杂志上。 揭晓谜底水分子能够轻松穿过绝大多数细胞的膜，而水分子的流动倾向于平衡膜内外的溶质浓度。&ldquo 实际上水是跟着溶质走的，&rdquo 文章的第一作者 Zhaozhu Qiu 说。&ldquo 细胞外溶质浓度减少或者细胞内溶质浓度增加，都会使细胞被水充满。&rdquo 几十年前人们通过实验发现，细胞膜上存在着某种离子通道，能够作为细胞膨胀的关键安全阀，他们将这种未知离子通道称为 VRAC （体积调控的阴离子通道）。当细胞膨胀时 VRAC 就会开启，允许氯离子和其他一些带负电的分子流出。这时水分子也会跟着流出，从而减轻细胞的膨胀。&ldquo 在过去三十年中，科学家们已经知道 VRAC 通道的存在，但对它并不了解，&rdquo Patapoutian 说。由于技术限制，人们一直未能找到组成 VRAC 的蛋白及其编码基因。现在，Qiu及其同事在这项新研究中进行了快速的高通量荧光筛选。他们改造人类细胞使其产生一种特殊的荧光蛋白，当细胞膨胀 VRAC 通道打开时，这种蛋白发出的光会淬灭。在诺华制药研究基金会基因组学研究所（Genomics Institute of the Novartis Research Foundation）的自动化筛选专家的帮助下，研究人员培养了大量供筛选的细胞，并通过RNA干扰分别在这些细胞中阻断不同基因的活性。他们主要寻找能持续发光的细胞，持续发光表明基因失活破坏了细胞的 VRAC 。研究团队经过几轮测试，最终找到了一个基因。2003年科学家曾发现过这个基因，并将其称为LRRC8，不过当时人们只知道它可能编码一个跨膜蛋白。现在，研究人员将它重新命名为 SWELL1 。涉及的疾病研究人员通过进一步实验发现， SWELL1 的确位于细胞膜上，而且该蛋白的特定突变能改变 VRAC 通道的性能。&ldquo 它至少是 VRAC 通道的一个主要部件，是细胞生物学家长期追寻的蛋白，&rdquo Patapoutian 说。下一步，研究团队将进一步研究 SWELL1 的功能。例如，在小鼠模型中观察不同细胞类型缺乏 SWELL1 所造成的影响。2003 年人们最初发现这个基因，是因为该基因突变会导致一种非常罕见的无丙种球蛋白血症（agammaglobulinemia）。这种疾病的患者缺乏生产抗体的B细胞，因此很容易受到感染。这也说明， SWELL1 是B细胞正常发育所需的蛋白。&ldquo 此前有研究指出，因为中风会导致脑组织肿胀，所以这种体积敏感性的离子通道与中风有关。另外，这种蛋白可能还涉及了胰腺细胞的胰岛素分泌。&rdquo Patapoutian 说。&ldquo 这样的线索有待我们一一解析。&rdquo

根据传统观点，美国生物医学研究成本的提高比所有消费品和服务费用的上涨速度都快。在过去30年间，国立卫生研究院(NIH)发布的相关指数证实了这种不一致性，也给了游说者更好的“武器”恳请立法者批准NIH年度预算增速高过该国的通货膨胀速率。　　这份NIH指数涵盖了诸如试剂、实验动物和科学仪器的费用等，有时它能高过一个更大范围的指数约3个百分点。但在2012年，一件奇怪的事发生了，而且，这件事挑战了传统观点。生物医学研发价格指数(BRDPI)低于了美国国内生产总值价格指数(GDP PI)——消费者物价指数的一个变化版本。　　当时，该生物医学指数增长率为1.3%，不仅低于当年的GDP PI的1.9%的增速，也创了BRDPI的历史最低纪录。但这则消息在当时并未引起重视。　　要找出该年度如此异常的原因，人们需要知道BRDPI包含哪些内容。NIH在接受《科学》杂志采访时表示，该信息并不适合公开，但根据《联邦信息自由法案》(FOIA)它能被获得。据悉，该指数不仅涉及设备和用品的成本，还包括来自拨款的薪酬和福利。实际上，全部人力成本占到该指数年度变化的2/3。　　《科学》杂志曾公开了美国密歇根大学安纳伯分校一位微生物学家近几年的科研经费支出情况。4年内，他共获得约115万美元的基金，其中约43.8%为个人工资和福利，材料费约占 19.6%，另外1/3上缴至学校管理部门，剩下的为其他科研支出。由此可见，人力成本占了经费支出的一大部分。　　而在2011年12月美国国会通过支出法案后，薪酬和福利对生物医学研究发展的巨大影响日益清晰。该法案将标准NIH拨款中研究者薪酬上限从19.97万美元减少到17.97万美元。立法者希望这能将钱省下来资助更多项目。而科学家则抱怨NIH的300亿美元经费根本不足以帮助他们实现自己的好点子。　　这部2011年法案是NIH经费周期慢性繁荣与萧条的最新案例。虽然，作为帮助美国经济从2008年世界经济危机中复苏的一系列刺激计划的一部分，一个为期两年的100亿美元的预算削减最终结束，但资金仍非常紧张。　　例如，NIH的2015财年预算比2014年的299亿美元预算增加了1.5亿美元，仅提升了0.5%，使明年NIH的财政预算仍低于2012年暂押5%前的预算。增加额未达到参议院支出委员会批准的增加6.06亿美元的目标，而且也低于白宫要求增加的2.11亿美元。而且，附加报告还要求NIH在申请者年龄上给予更多关注，目前，首次接受NIH资助的科研人员平均年龄为42岁。　　而这个限制薪酬支出的决定让BRDPI陷入混乱，也使得其低于已经很低的GDP PI。2008年，该生物医学指数达到历史顶峰4.7%，是GDP PI的2.1%的两倍还多。到2010年，这一数值略微下降，达到3%，但仍然超过了GDP PI。2012年，BRDPI急剧下降，相反GDP PI增长到1.9%。　　外部观察者认为，这一下降趋势是个好消息。毕竟，如果生物医学研究膨胀放缓，那么NIH就能进一步利用其有限的经费。　　但NIH领导层并不希望出现这种趋势。NIH前院外研究项目负责人Sally Rockey习惯每年就BRDPI的价值撰写博文。她将其称为“衡量NIH经费购买力的重要方式，并能为下一财年作出预测”。但在2014年3月28日发表的博文中，Rockey只是简单地提及2012年的下降“主要是资深研究人员薪酬上限降低所致”。　　另外，也没有部门备忘录显示，2012年BRDPI历史最低纪录引发任何正式反应。但相同备忘录包括了对2013年BRDPI的初步预测，结果显示它将再次超过GDP PI。备忘录作者表示，2013年的生物医学指数虽“但仍处于历史低谷，并将至少再次超过了GDP PI”。

多孔或层状电极材料具有丰富的纳米限域环境，表现出高效的电荷储存行为，被广泛应用于电化学电容器。而这些限域环境中形成的双电层(限域双电层)结构与建立在平面电极上的经典双电层之间存在差异，导致其储能机理尚不清晰。因此，解析限域双电层结构对探讨这类材料的电化学电容存储机理和优化电化学电容器件的性能具有重要意义。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心项目研究员黄楠团队与比利时哈塞尔特大学教授杨年俊合作，设计并制备了具有规则有序0.7 nm层状亚纳米通道的膨胀垂直石墨烯/金刚石复合薄膜电极。其中，金刚石与垂直膨胀石墨烯纳米片共价连接，作为机械增强相为构筑层状限域结构起到支撑作用。进一步，研究发现，该电极表现出离子筛分效应，离子部分脱溶等典型的限域电化学电容行为，是研究限域双电层的理想电极材料。基于该材料，科研人员利用原位电化学拉曼光谱和电化学石英晶体微天平技术分别监测充放电过程中电极材料一侧的响应行为和电解液一侧的离子通量发现，在阴极扫描过程中，电极材料一侧出现拉曼光谱 　　峰劈裂现象，溶液一侧为部分脱溶剂化阳离子主导的吸附过程。该研究综合以上实验结果并利用三维参考相互作用位点隐式溶剂模型的第一性原理计算方法，在原子尺度上评估了限域双电层中离子-碳宿主相互作用，揭示了在限域环境中增强的离子-碳宿主相互作用会诱导电极材料表面产生高密度的局域化图像电荷。该工作完善了限域双电层电容的电荷储存机理，为进一步探讨纳米多孔或层状材料在电化学储能中的功能奠定了基础。 　　8月9日，相关研究成果以Highly localized charges of confined electrical double-layers inside 0.7-nm layered channels为题，在线发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上。研究工作得到国家自然科学基金和德国研究联合会基金的支持。图1. 层状限域双电层膨胀垂直石墨烯/金刚石薄膜电极的制备和表征：(A)制备流程示意图；(B)石墨插层化合物的拉曼光谱；(C-D)XRD图谱；(E)SEM和TEM图像。图2. 层状限域双电层膨胀垂直石墨烯/金刚石薄膜电极的电化学行为：(A)CV曲线；(B)微分电容-电极电势关系；(C)离子筛分效应；(D)EIS图谱；(E-F)动力学分析。图3. 层状限域双电层膨胀垂直石墨烯/金刚石薄膜电极的原位电化学拉曼光谱：(A-D)原位电化学拉曼光谱；(E-F)拉曼特征演变幅度分析。图4. 层状限域双电层电容的储能机理分析：(A)拉曼光谱中的G峰劈裂；(B)电化学石英晶体微天平分析；(C)电极质量变化和拉曼特征变化的关联性；(D)DFT-RISM计算获得的图像电荷分布。

p　　strong仪器信息网讯 /strong在提高显微镜分辨率方面，两种方法结合往往比一种方法更好。近日，德国马克斯普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所Helge Ewers博士及其同事发表论文(ACS Nano 2018, DOI:10.1021/acsnano.8b00776)，文中介绍了一种新的提高显微镜分辨率的方法——ExSTED，即将受激发射损耗(STED)荧光显微术与膨胀显微镜法相结合的方法。STED显微术使用一个环形的激光束精确地控制在标记样本上的荧光团激活的位置。通常情况下，STED的分辨率可以将显微镜光学衍射极限提升10倍。膨胀显微镜法是将固定样品嵌入水凝胶中，将样品溶胀并拉伸至其原始尺寸的四倍，导致物理分辨率提高的方法。将这两种方法结合，Helge Ewers博士及其同事获得了比光学衍射极限提升30倍的效果。/pp style="text-align: center"img style="width: 450px height: 388px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/26d1f3ac-c39c-4d29-8d6b-f2cda2131146.jpg" title="01.jpg" height="388" hspace="0" border="0" vspace="0" width="450"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "ExSTED法观察细胞中微管的图像，色标表示三维空间中各种小管的深度(来自ACS Nano)/span/pp　　文章中使用ExSTED方法对三维细胞的微管网络进行成像。 由于扩大样品扩散荧光标记，所有样品观察区域的信号都大大减少。 为了抵消信号减少，研究人员使用多种抗体来增加添加到微管中的荧光标记的数量。他们希望通过第二次扩展样本和寻找放大荧光信号的方法来进一步提高显微镜的分辨率。/p

p　　2018年8月31日，教育部公布了《关于2018年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)通用项目/候选人形式审查结果的公示》。推荐工作截止后，累计收到高校、专家推荐或提名的项目与候选人共计1266项，经审查合格的有1069项，《薄膜材料热特性测试技术及仪器》位列技术发明奖候选名单。/pp style="text-align: center "strong薄膜材料热特性测试技术及仪器/strong/pp　　主要完成单位：span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong华中科技大学,武汉嘉仪通科技有限公司/strong/span/pp　　新材料是国家重点部署的五大颠覆性技术领域，颠覆性的新材料迫切需要颠覆性的测试技术，我国2万亿新材料产业的蓬勃发展催生了巨大的材料检测仪器需求。材料表征测试是决定产品质量的关键因素，是新材料研发不可或缺的重要手段,也是构建材料数据库和材料计算模型的基础，但是目前的材料测试技术尤其是热性能测试手段极其匮乏。此外，材料的薄膜化和小尺寸化是当前新材料产业的发展趋势，随着薄膜厚度逐渐减小到纳米尺度，传统的基于热量检测的热特性测试仪器由于热量检测灵敏度受限，对纳米尺度薄膜的热特性测试束手无策，且通常为破坏性的，并忽略薄膜材料本身显著的尺寸效应，因而带来极大的测试误差甚至完全不能反映薄膜材料的热性能。/pp　　围绕上述技术难点，在国家863等项目支持下，经过7年攻关，本项目突破了传统热分析仪器对薄膜材料热特性检测的限制,(1)提出了一种基于材料反射率变化原理的薄膜材料相变温度的新测试方法，发明了薄膜材料相变温度测试的新技术，实现了厚度低至5 nm薄膜材料相变温度原位、高灵敏度检测，填补了薄膜材料相变温度测试仪器的国内外空白 (2)提出了一种基于单一光源分束干涉的薄膜材料热膨胀系数测试方法，将可测量厚度下限提升了625倍，通过设计光路引入切换挡板，研发出基于光干涉原理的薄膜材料热膨胀系数测试设备，实现了透光材料和非透光材料的光干涉检测 (3)发明了薄膜材料热导率和热电参数动态测试方法，有效降低了黑体辐射及常规单点或稳态测量引起的误差，并设计横向双电极结构实现了基于频域动态法的薄膜面内热导率测量，开发出薄膜热电参数测试系统，实现了薄膜材料塞贝克系数的测试。项目共获授权发明专利13项(其中美国专利1项)、实用新型专利8项、计算机软件著作权4项。项目技术已实现产业化，开发出的薄膜材料相变温度、热膨胀系数、热导率及赛贝克系数等一系列热性能测试仪器已销售百余台，并出口至美国加州大学伯克利分校、英国南安普敦大学等海外市场，成功实现了国产自主材料测试仪器在国际市场上的突破。仪器在武汉新芯、武汉天马、福耀集团、清华大学和中国计量院等三十多家单位实现了示范应用，应用单位武汉新芯使用薄膜热导率测试仪和热膨胀系数测试仪突破了硅片翘曲的瓶颈问题，显著提高了存储器产品良率。/pp　　本项目近三年累计新增利润约1.1965亿元，新增税收1218.3万元。本项目开发的仪器已为包括3项国家“973”计划项目和30项国家自然科学基金在内的国家级项目提供了关键的测试数据，已有36篇SCI论文使用本项目仪器并标注了仪器型号。仪器荣获“湖北省十大科技事件”、“武汉地区最具影响力十大科技事件”等奖励，并被美国陶瓷学会主页报道，测试方法及结果被国际权威杂志Annu. Rev. Mater. Res.综述文章及权威学者Matthias Wuttig等多次引用。鉴定委员会认为该成果“创新突出，整体处于国际先进水平，在纳米级薄膜的相变温度测试以及薄膜面内热导率测试等方面达到国际领先水平”。/p

摘要：相变蓄冷技术利用相变材料在相变时伴随着的吸热或放热过程对能量进行储存和应用，起到控制温度、降低能耗和转移用能负荷的作用。本文综述了相变温度在 25℃以下的相变蓄冷材料及其在不同应用场景的筛选依据。其次，介绍了相变蓄冷材料在食品医疗冷链物流、建筑节能控温与数据中心应急冷却、人体热管理和医疗保健的相变纺织品等领域的应用。从调节相变蓄冷材料相变温度、过冷度、热导率和循环稳定性等方面总结了材料热物性的调控策略，分析了不同调控策略存在的优缺点。指出相变蓄冷系统可通过增强蓄冷系统热导率和强化传热结构来改善普通材料传热性能差的问题。最后从复合相变材料制备到系统设计优化和应用场景拓展等方面对相变蓄冷技术研究方向进行了展望。关键词：相变蓄冷材料；相变蓄冷系统；复合相变材料；热物性；应用随着全球变暖和人们生活质量的提升，制冷需求快速增长，制冷空调系统带来的碳排放量与日俱增，预计到2050年，全球制冷能源消耗仍将增加十倍。面对制冷能耗急剧增长的发展趋势，大力开发太阳能、风能等新能源电力是解决未来制冷能耗缺口的技术关键。然而，新能源电力存在间歇性、波动大的缺点，易出现发电量与用电量不匹配的问题。因此发展高效储能技术，对新能源消纳与利用是适应可再生能源网络的有效途径。发展先进的蓄冷技术，调节制冷和用冷负荷使之匹配，是制冷系统技术发展的重要方向。蓄冷技术可以在峰谷电价时段或能量盈余的时候进行储能，实现能源移峰填谷，降低电网峰值用电负荷和成本。相对于电化学储能，蓄冷技术可以直接存储冷能，具有安全性高、循环稳定性好、成本低的优点。因此，将蓄冷技术与制冷系统耦合的储能技术一直是研究热点，在工商业及民用场景应用广泛。在冷链运输领域，我国每年因运输过程中低温环境不合格导致水产品腐烂损失率达25%，果蔬类损失率达25%~35%，全球有超过50%的疫苗被浪费。因而蓄冷技术在冷链运输领域能够通过减少运输过程中的温度波动来降低产品变质几率，有效减少产品损耗，实现食品和医疗用品的长距离运输。蓄冷技术也可应用于建筑节能，将蓄冷材料与建筑基体复合制得储能墙体，在白天吸收室外进入室内的热量，夜晚则释放热量给室内供暖，实现辅助控制室内温度，减小建筑采暖、制冷能耗，有助于提高室内环境舒适度。此外，通过蓄冷空调将晚上低谷电转化为冷能储存起来，在白天电网高负荷时释放，转移用电负荷，结合分时阶梯电价策略能降低建筑制冷成本与能耗。此外，蓄冷技术与纺织品结合制作成智能纺织品、应用于人体热管理，也是重要的应用领域之一。蓄冷材料是蓄冷技术的核心，开发适宜温度及高蓄冷密度的蓄冷材料是满足不同蓄冷需求的关键。目前常见的蓄冷材料主要有∶显热蓄能材料和潜热蓄能材料。显热蓄能材料包括水等，利用自身升降温过程中热能的变化进行能量储存和释放，技术成熟且成本便宜，适合大规模生产。但其蓄冷密度小，只适用于分钟、小时级的短时蓄冷场景。潜热蓄能材料利用相变材料固-液-气相态变化来储蓄或释放能量，其中应用最为广泛的固-液相变能在相变过程中吸收大量热能，同时温度保持不变（如图1）。潜热蓄能材料蓄冷密度远高于显热蓄能，适用于数小时至数周的蓄能场景，且成本适中，具备大规模应用的潜力。图 1 固液相变过程本文主要对应用于蓄冷领域的相变材料进行综述，探讨相变蓄冷材料物性调控和优化、相变蓄冷系统传热技术强化，总结当前相变蓄冷材料和蓄冷系统不足，展望相变蓄冷技术研究方向和应用前景。01常见相变蓄冷材料常见相变蓄冷材料主要指相变温度在25℃及以下的相变材料。其中，按材料成分可分为有机、无机和共晶相变材料。1.1 有机相变蓄冷材料有机相变材料主要包括石蜡、脂肪酸、酯和醇等，以碳链长度小于17的烷烃为主。有机相变材料相变焓优异、腐蚀性小，而且热稳定性好、经多次相变后物理和化学性质基本不变，可靠性好。但有机相变材料热导率低，如石蜡、酸或醇类有机物的热导率为0.3 W/(mK)、部分材料易燃、生产成本较高等。表1列举了一些相变温度在25℃及以下的常用有机相变材料热物性。其中十四烷相变温度为5~8℃，在冷库、冷链运输保温箱、空调蓄冷等多个场景中应用最为广泛。表 1 有机相变材料的热物性参数1.2 无机相变蓄冷材料无机相变材料主要有冰、水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等，其中冰和水合盐因相变温度较低主要用于低温领域，如在空调和建筑蓄冷等领域应用广泛。无机相变材料相变焓大、热导率较高，常见水合盐热导率为0.5 W/(mK) ，而且来源广、成本低、商用化前景好。然而无机相变材料可靠性差，存在过冷度高和相分离严重的缺点，多次使用后性能衰减严重，而且腐蚀性强。表2列举了一些相变温度在25℃及以下的常用无机相变材料热物性。表 2 无机相变材料的热物性参数无机相变材料中冰的研究最多，因为冰相变焓为334 kJ/kg，为常见相变材料的2~3倍，而且成本低廉。冰与水混合所得冰浆具有良好流动性和高相变潜热，可通过离心泵和管道输送，在极高含冰量下不堵塞，且所需输送管道和储罐尺寸小，以其为基础的冰蓄冷技术是实际工程项目中使用最广泛的蓄冷技术。1.3 共晶相变蓄冷材料共晶相变材料是将两种或两种以上相变材料混合制备得到的共晶产物，其熔点低于任一组分。共晶相变材料按材料可分为有机-有机共晶、无机-无机共晶和有机-无机共晶相变材料。无机-无机共晶相变材料包括金属合金相变材料、水合盐及熔融盐共晶相变材料，有机-有机共晶相变材料包括有机酸共晶和石蜡，无机-有机共晶相变材料主要是有机酸和水合盐的共晶相变材料。其中无机-有机共晶相变材料能实现有机、无机材料优势互补，可获得兼具过冷度低、潜热较高、性能稳定的相变蓄冷材料，但目前应用研究较少，潜力巨大。共晶相变材料能通过调整各组分比例来控制相变温度，而且能一定程度上改善材料过冷度和相分离等问题，是调节相变材料热物性的一种重要方法，但共晶相变材料的制备工艺较为复杂，需要围绕共晶点按比例形成共晶物，且组分比例与相变温度不呈线性规律，应用前需要进行大量预实验，过程繁琐复杂。表3列举了一些相变温度在25及以下的常用共晶相变材料热物性。表 3 共晶相变材料的热物性参数1.4 相变蓄冷材料的选择研究并筛选出适用于蓄冷系统的相变蓄冷材料，是相变蓄冷技术的关键之一。一般来说，用于蓄冷领域的相变材料应具有以下特性∶①相变温度合适；②相变潜热大；③热导率高；④冻结和熔化率高；⑤热稳定性好；⑥固液相变体积变化小；⑦过冷度低；⑧循环稳定性好；⑨无毒和无腐蚀性；⑩成本低。目前相变蓄冷材料中有机相变材料和无机相变材料应用最为广泛，二者关键物性对比如图2所示，可作为实际选材的参考依据。无机相变材料具有低成本、毒性低和高热导率的优点，适合大规模生产，在蓄能水罐、冷库等大型建筑设备中应用较广，但其过冷度高、相分离严重和腐蚀性强的缺陷限制其在蓄冷领域的应用。有机相变材料具有过冷度低、循环稳定性好和腐蚀性小优点，主要适用于冷链运输和智能纺织品，但其低热导率、有毒、易燃和高成本的缺点阻碍其进一步应用。相比有机、无机相变材料，共晶相变材料可根据组分比例调控相变温度，实现精准控温，适用于要求温度变化范围小的场景，但目前研究较少，适用环境较少。图 2 无机相变材料与有机相变材料关键物性对比图在实际应用中，很难筛选出满足所有条件的相变蓄冷材料，因此要优先选择相变温度适宜且相变潜热高的蓄冷材料，最后采用合适的方法对其性能进行调控。02相变蓄冷技术的应用2.1 冷链运输冷链运输过程中环境温度波动易造成产品损耗，如果引入相变材料，发挥其相变控温功能，减少环境温度波动，能有效提高冷链运输产品质量。冷链运输根据保温方式分为被动式和主动式。被动式冷藏主要应用于冷藏箱，如图3所示，在箱体内加入相变蓄冷材料，吸收进入到箱体内部的热量、减缓温度上升速率，为冷藏物体长时间提供低温储存环境。Li等复合了膨胀石墨与辛酸-月桂酸共晶相变材料，二者质量比为71∶29，制得复合相变材料的相变温度和潜热分别为3.8℃和141.7 J/g，热导率提升了2.8倍，使材料释冷速率提高636.7%。Huang等基于石蜡OP5E开发了一种蓄冷保温箱，高低温测试表明，相变材料可以在至少80 h使保温箱内部温度保持在2~8℃。Liu等将KCl-NH4Cl共晶盐吸附于高吸水性聚合物SAP上，制得一种相变温度为-21℃和相变潜热为230.62 J/g的蓄冷材料。该材料在-15℃下冷藏生物样品时，冷藏时间能达到16.37 h，能有效保证生物样品质量。图 3 被动式冷藏箱及内部构造主动式冷藏是如图4所示在车内安装含相变材料的制冷机组，主动将车内温度控制在适合食品冷藏的低温状态。在主动冷藏系统内，加入相变材料可以辅助控温，减少车厢内的温度波动，降低主动制冷系统能耗。刘广海等设计了一款集隔热、相变蓄冷、制冷送风为一体的冷藏车，相比传统冷藏车，相变材料加入使车内平均温度波动下降48.7%，温度不均匀度系数下降50%。Zhang等考察了集成相变材料对制冷系统能耗影响情况，含相变材料的集装箱制冷能源成本和运营成本分别降低71.3%和85.6%。Michele等提出了一种结合相变材料并用于冷藏车的新型隔热墙，当相变材料厚度为1 cm时，能在10 h内使车内温度波动范围不超出相变温度2℃。图 4 主动式冷藏车及系统组成将相变材料与冷链运输相结合，能出色发挥相变材料高潜热和相变控温的特点，不仅大幅延长有效冷藏时间，还减少冷藏空间的温度波动，提升其温度均匀性，有效减少冷藏产品的损耗率。与传统制冷相比，将制冷系统与相变材料结合，能大大降低能源成本和运营成本，起到减少碳排放的作用。2.2 纺织品人体热管理与出汗散热类似，将相变材料如图5所示应用于纺织品中，通过引入温度调节作用以提升人体舒适度。这种纺织品被称为智能调温纺织品，能响应人体或环境的变化，实现保暖和降温双向温度调节功能，适应多变的环境。目前相变材料与纺织品结合方式主要有三种∶填充法、涂层法和纤维中空填充法。图 5 纺织品集成相变材料用于温度调节填充法是将相变材料填充于纤维或密封袋中，再集中放置在服装内部，特别是胸部和背部等发热量较大的部位，通过相变材料直接吸热或放热的方式控制体表温度。如图6所示，Saeid等将相变温度在24~35℃的石蜡用于降温背心，穿着降温背心在轻度活动和中度活动期间，温度仍维持在人体舒适温度范围内，出汗率分别降低了42%和52%，减少了脱水几率。Hou等开发了一种基于相变材料的液体冷却背心，背心重量为1.8 kg，能在炎热环境中为穿戴者提供至少2 h温度舒适环境。图 6 石蜡降温背心及其包装涂层法将相变微胶囊加入涂层液中，并用刮板将液体均匀涂抹在织物表面，使纤维表面粘附上相变微胶囊来改变纺织品的热性能。Xu等将相变微胶囊固定在棉质衣物上，所制衣物相变温度为16.5℃~36.8℃，符合人体热舒适温度，而且保温系数与不含相变材料的衣物相比从1.05%提高到32.2%。Yin等将相变温度为25.7℃的相变微胶囊嵌在纤维表面，使面料保温率达23.9%，控温能力良好。纤维中空填充法是如图7所示对含有中空结构的纤维进行加工，在内部填充相变材料来赋予纤维蓄能特性。Ke等制备了一种聚丙烯腈/月桂酸-硬脂酸/二氧化钛的复合纳米纤维，相变温度约为25℃，经30个循环后性质相对稳定，具有良好的控温性和稳定性。Song等采用真空浸渍法将月桂酸封装到木棉纤维微管中，制得样品中月桂酸质量分数达86.5%，焓值达153.5 J/g，经2000次循环后性能基本不变。图 7 纤维中空填充法相变材料对热能的吸收会延缓身体温度升高，并减少皮肤中水分散失，从而提高舒适度。同时相变材料具有相变控温特性，可以减缓穿着者的热失衡症状，如感冒、中暑和晕厥等，在医疗保健领域有着广阔的发展空间。Olson等制备了由NaCl、Na2SO4和水组成的复合相变材料，如图8所示，应用于婴儿出生后降温问题上，通过简单方式抑制了环境温度的变化。Prashantha等将相变材料制成冰袋用于低温治疗，不仅降低成本，而且延长了使用时间，提供更好的冷疗功能。图 8 相变床垫（蓝色）上为婴儿降温，床垫由相变材料和软垫组成Zhang等用浸渍法将OP10E和SEBS混合制备了可在10℃下保持1800 s的弹性相变油凝胶，并设计如图9所示的冷却帽用于发烧儿童的冷敷治疗，模拟了人体热调节过程，建立发烧儿童所需凝胶量的数据库，为相变头套设计提供参考标准。图 9 相变油凝胶冷却帽建模及数据库将相变材料与人体热管理相结合，可以实现个性化体温调节。这类智能被动体温调节纺织品体积小、使用便利，在高温作业和户外运动等场景中提升人体舒适度。将相变纺织品制备调节体温的医疗保健产品，能帮助婴儿或患有温度敏感性疾病的人群缓解热失衡和常见并发症，加快病情治愈速率。创新性的相变智能体温调节纺织品在技术上已有了较深积累，其商业化值得期待。2.3 建筑节能及数据中心应急冷却将相变材料用于建筑节能领域，能使室内温度维持在舒适范围内，提高人们居住和办公舒适度，实现节能和减少碳排放的目标。建筑节能领域所用蓄冷技术可根据蓄冷方式分为被动式蓄冷和主动式蓄冷。被动式蓄冷主要通过将相变材料与建筑墙体复合制得如图10所示的相变储能墙体，白天吸收热量给室内降温，夜晚释放热量维持室内温度，起到辅助调节室温、减小建筑采暖和制冷能耗的作用。聂瑞等将硅藻土、十八烷和过硫酸铵混合制备一种相变微胶囊/硅藻土复合材料，具有调节室温以及维持室内湿度平衡的功能。Wang等将石蜡、膨胀石墨和高密度聚乙烯掺入水泥砂浆中制备复合相变砖块，在15~30℃和18~24℃时，120 mm厚的相变墙体比240 mm厚普通墙体的蓄能能力分别提高了12.7%和61%，有效降低了室内温度波动。Fu等将膨胀珍珠岩和六水氯化钙复合制得相变温度在27.38℃的相变砖块，用其代替泡沫保温砖作为屋顶，使得室内峰值温度降低5℃，达到室内峰值温度的时间滞后约900 s。图 10 相变材料在建筑节能中的应用主动式蓄冷主要通过制冷装置将电能和太阳能等转化并储存到如图11、图12所示蓄冷装置中，常见于冷库、家用空调和数据中心应急冷却系统等，能在需要时将冷能释放出来，有助于缓解能源供需不匹配的问题。图 11 集成相变材料冷却系统的空调系统图 12 集成相变材料冷却系统的太阳能空调系统Solaimalai等将1-葵醇用于冰基蓄冷系统中，使制冷系统工作时间减少了81.85%，平均充冷放冷速率是原来的5倍以上。Dogan等研究了蓄冰系统对大型超市空调用电成本的影响，相变材料的引入使制冷系统性能提升4.4%，目前运营成本已降低60%。Zheng等基于相变温度为5℃的相变微胶囊材料构建了一种相变冷库空调系统，其蓄冷量为常见冷库的1.5倍，当冷藏容量为3000 kJ时，冰和相变微胶囊悬浮液分别需要3980 s和2200 s完全凝固，使用相变微胶囊悬浮液可节省1780 s。王芳等选择主要成分为甘氨酸的相变蓄冷材料用于小型移动保鲜库中，使冷藏区域温度保持在1.6℃~2.6℃间，在不同供冷方式下内部温度波动均小于1.5℃。周晓棠等将冰蓄冷技术运用到家用空调中，运行10 h后，蓄冰空调的制冷量平均增加34%，达到15.6 kW，性能系数COP平均提升0.7，起到降低能耗的作用。Batlles等在太阳能制冷系统中引入相变储能罐，结果表明每天可节约40%制冷能耗。Peter等将储能罐、太阳能板和热泵组合成蓄冷系统，经1616 h测试，相比常规系统，该系统的季节性性能系数为4.4，总效率提高了46.6％。随着数据中心服务器集成程度的提升，热负荷也在不断升高，为了防止服务器故障，需要配置空调系统以满足数据中心降温需求。而当空调系统因故障停止工作时，需要应急冷却系统及时为服务器提供合适的环境温度，降低故障率。将相变材料与数据中心应急冷却系统结合，发挥相变材料高相变焓和相变控温优势，起到减少运营成本和短时间大量释冷的作用。Huang等基于相变蓄冷装置设计了一种如图13所示的风冷紧急冷却系统，可以将温度保持在27℃以下至少300 s，在低运营成本的同时保证较长的冷却时间。Ma等将相变蓄冷装置和循环热虹吸管集成了一种新型冷却系统，可以维持服务器运行6 min，并且随着相变材料热导率的提升，能将有效紧急冷却时间延长到15 min。图 13 紧急冷却系统综上，在建筑节能领域中引入相变蓄冷材料，可减少室内温度波动并维持在舒适范围内。且相比传统制冷装置，相变材料具有的高相变焓优势能减少制冷机组装机容量，实现制冷、蓄冷装置的轻量化，降低安装、运行成本，提高能源利用效率。03蓄冷技术的发展现状及方向蓄冷材料的固有缺陷及其蓄冷系统的传热性能不足会影响系统整体传热效率。我们需要针对性改善这些不足，提升实际使用性能。蓄冷技术的提升主要包括∶①蓄冷相变材料物性调控和优化；②相变蓄冷系统传热技术强化。3.1 相变蓄冷材料性能的调控3.1.1 相变温度调控相变温度是筛选相变材料的重要参数。为了同时满足对潜热、相变温度等方面的要求。可以结合两种及以上组分开发共晶相变材料来扩大相变温度的选择范围，通过改变组分比例来调控相变温度，克服单一相变材料的缺点，使相变材料更贴合应用需求。Lin等以磷酸二氢钠二水合物、磷酸氢二钾三水合物和五水合硫代硫酸钠配置得三元共晶水合盐相变材料，相变温度从-14.8℃到-10.6℃，可根据需要更改相变温度。李夔宁等将相变温度分别为58℃、18.2℃和-1℃的乙酸钠、丙三醇和水，混合制得相变温度为-14℃的三元共晶相变材料，获得更低的相变温度。Vennapusa等将相变温度为23.01℃的脂肪酸共混物OM-21和相变温度为22.7℃的十二烷醇配置成共晶相变材料，其相变温度从8.6℃到17.5℃，实现调控相变温度的目标。共晶相变材料能根据需求调整相变温度，但材料配比与相变温度间的规律仍不清晰，需要对共晶盐相变机理和规律进一步研究，为大规模应用共晶相变材料提供科学依据。3.1.2 热导率调控不同应用场景对相变材料热导率要求不同。例如在换热器中要求高热导率，更快将近热源部位的热量传递给低温部位，强化系统整体换热效率。而在保温冷藏系统中要求低热导率，减少冷藏空间和外界环境热交换，延缓温度变化趋势，创造合适且长效的低温环境，实现保障产品质量的目标。不同相变材料传热机理不同，金属相变材料主要由电子进行热传递，非金属相变材料主要由声子传递热量。不相容材料之间的声子散射会增大界面热阻，而内部具有完整三维互联网络的材料可以为声子传播提供通道，进而提升材料热导率。因此调控相变材料热导率的方法主要是添加多孔载体材料或纳米粒子等制备复合相变材料，进而改变材料整体的热导率。常用的高热导率多孔载体有泡沫金属和膨胀石墨等，低热导率的载体有二氧化硅、膨胀珍珠岩等。高热导率的纳米粒子有碳基纳米粒子，如碳纤维、碳纳米管和石墨烯等，以及金属纳米粒子如纳米二氧化钛、纳米氧化铝等。Lin等制备了相变温度为5.92℃的膨胀石墨基复合相变材料，将热导率提高到0.43 W/(mK)，为原来的1.75倍，显著改善材料的传热性能。Soroush等考察泡沫铜对不同石蜡热导率的改善效果，在质量流量为0.02 kg/s和使用石蜡C22的前提下，系统最高热效率高达83%。He等将二氧化钛纳米颗粒悬浮于氯化钡水溶液中，制得相变温度为-5℃、热导率为0.565 W/(mK)的悬浊液，二氧化钛的加入使热导率提高12.76%。Chen等将相变温度为-9.6℃的十二烷吸附到疏水气相二氧化硅中，与纯十二烷相比热导率降低45%，低热导率有利于抑制内外环境之间热传递，使十二烷更好用于保温领域。这两种调控热导率的方法仍有不足，纳米粒子存在分散不均匀和团聚的问题，在循环使用中性能衰减严重，热导率提升幅度小，性价比低。加入多孔载体会减少相变材料含量，影响整体蓄能量。目前对纳米粒子和多孔载体孔隙的尺寸对热导率的影响规律仍有空缺，以及降低界面热阻和提高相变材料相容性的机理还需进一步探究。3.1.3 过冷度调控过冷是指相变材料在一定压力条件下，温度低于理论凝固温度时仍不发生凝固或结晶，需要冷却到凝固点以下才开始凝固的现象。过冷度被定义为熔化起始温度和结晶开始温度之间的差值，过冷度越大越难结晶。无机相变材料的过冷度普遍偏高，其中水合盐相变材料成核性能较差，容易发生过冷，使相变材料无法在要求温度范围内工作。而且过冷度越大，意味着制冷温度越低，对制冷机负荷要求更高。影响过冷度的因素主要包括∶冷却速率、壁面效应和尺寸效应。一般冷却速率越大，过冷度也越大。过冷度也受封装容器材料种类、表面粗糙度和壁面晶体结构影响，粗糙壁面能提供更多成核位点，粗糙度越大，过冷度越低。储存相变材料的容器体积越小，过冷度越大，因为相变材料中存在灰尘或其他杂质颗粒，能在结晶过程中作为成核位点，促进结晶。但随着容器尺寸减少，缺少足够杂质颗粒提供成核位点，只能以均匀成核的方式结晶，增大相变材料结晶难度。目前解决相变材料过冷的方法主要有添加成核剂和壁面改性。添加成核剂主要是选择晶格参数接近目标材料的成核剂，当成核剂结构与无机盐类结晶物相似时，能起到诱导结晶作用，实现减小过冷度的目的。这种方法经济成本低、适用范围广且制备过程无需特定设备，在调控过冷度方法中应用最广泛。Wu等在氯化镁溶液中加入氯化钙和氢氧化钙作为成核剂，相变材料的过冷度由16.56℃降低到7.73℃，有效抑制过冷。Tang等在相变材料中加入成核剂九水偏硅酸钠将过冷度降低至1.9℃。Zou等以相变温度为11.81℃的四正丁基溴化铵溶液作为蓄冷材料，加入成核剂十二水合磷酸氢二钠使材料的过冷度由4.5℃降低到2.01℃，成核剂的加入有助于降低过冷度。壁面改性法通过增加壁面粗糙度或加入多孔材料和纳米粒子，为相变材料结晶提供更多成核位点，降低材料过冷度。Matthieu等考察金属表面粗糙度对乙醇水溶液过冷度的影响，当铝管表面粗糙度从0.63 μm变13.3 μm时，乙醇水溶液过冷度从4.20℃降低到3.97℃。Zhang等制备了一种以泡沫铜为骨架的水基复合相变材料，过冷度从20.6℃抑制到6.8℃，有效降低了材料过冷度。Liu等将去离子水和氧化石墨烯纳米片超声混合，使水过冷度至少降低74%。成核剂用量需要合理配比，少量成核剂就能有效降低过冷度，过多成核剂反而会降低抑制过冷的能力，性价比不高。后续应使用分子模型对成核机理进行研究，加大对复合型成核剂的开发和机理解释，构建成核剂数据库为大规模商业化提供参考依据。目前对于壁面改性降低过冷度的机理研究不够深入，仅为定性分析，后续应建立多维模型来模拟真实场景，从成核能角度解释机理，用普适性规律指导过冷度的调控。3.1.4 循环稳定性调控固-液相变材料在吸热后，相态会从固态熔化为易于流动的液态，容易出现泄漏，在长期使用中性能衰减严重。对于水合盐类相变材料，在循环使用中可能会发生部分水合盐晶体因沉底而无法重新结晶的情况，即发生相分离，降低相变材料蓄冷能力。在实际使用中相变材料需要具有良好的循环稳定性，能够克服泄漏和相分离的缺点。提升循环稳定性主要途径包括∶制备定形复合相变材料法、微胶囊法和添加增稠剂法。制备定形复合相变材料法主要采用熔融吸附法，在膨胀石墨、泡沫金属等多孔基材内吸收液态相变材料，借助毛细作用和范德华力将液态相变材料吸附在内部孔隙中，减轻相变材料的泄漏。多孔基材内部孔径决定对相变材料的限制能力，根据孔径大小可分为微孔(2 nm)、中孔(2~50 nm)和大孔(50 nm)。较小的微孔可能会限制相变材料的相变，而较大的大孔不足以将相变材料吸附住。因此中孔和较小的大孔更适合制备防泄漏的复合相变材料。Fei等基于癸酸、棕榈酸和膨胀石墨制备了一种相变温度为23.05℃的复合相变材料，经1000次熔化和凝固循环，几乎没有液态相变材料泄漏，可靠性优秀。Shahbaz等采用气相二氧化硅吸附相变温度为20.65℃的六水氯化钙，经100次相变循环后，相变潜热仅变化了7.8%，性能较纯相变材料更为稳定。Zhang等将六水氯化镁和六水氯化钙混合制得相变温度为23.9℃的低温共晶物，经熔融吸附到膨胀珍珠岩中，经500次相变循环后，材料性质未出现明显变化，未出现相分离现象。微胶囊法常用高分子材料包覆相变材料，在其表面形成一层外壳，将液态相变材料锁在壳中，从而减少相变材料泄漏。Charles等使用相变温度为6.2℃的相变材料与外壳材料聚甲基丙烯酸甲酯进行交联制备微胶囊，使用30天后，质量损失仅为0.6%，而无外壳的纯相变材料质量损失高达6.6%，微胶囊壳使泄漏情况较轻。Zheng等以石蜡和三聚氰胺树脂分别为核材和壳材，制备了一种相变温度为5℃的相变微胶囊，经72 h后未出现分层，稳定时间长。Eszter等用海藻酸钙包裹月桂酸辛酯，经过250次高低温循环后，相变焓从128.27 J/g降至127.67 J/g，没有明显变化，循环稳定性良好。添加增稠剂法通过增加溶液粘度，使相变材料稳定保持悬浮态或乳液态，减少相分离。常见的增稠剂有羧甲基纤维素、琼胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、海藻酸钠和活性白土等，添加增稠剂法已广泛用于食品、涂料、化妆品、洗涤剂和医药等领域。He等在六水氯化钙与六水氯化镁二元共晶水合盐中加入增稠剂羧甲基纤维素，在100次循环内保持优异的循环稳定性，焓值从123.13 J/g降至117.88 J/g，为原来的95.7%。杨超等选取羧甲基纤维素作为增稠剂对六水氯化钙进行改性，获得的改性六水氯化钙在300次循环中实现了相分离的控制。杨晋等考察聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素、黄原胶等增稠剂对十水硫酸钠相分离的调控规律，其中加入聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺后静置72 h后未出现明显相分离。目前多孔基材吸附机理解释不足，针对不同材料间相容性问题提出改善方法和相应机理解释。微胶囊使用时容易出现团聚问题，多次使用后因团聚前后密度差出现分层，不利于循环稳定。后续应探究使用表面活性剂来改善团聚问题，考察与不同添加剂的作用规律。增稠剂的使用会增加成本和降低焓值，需开发复配型增稠剂，降低生产成本。而且当相变材料作为浆料使用时，材料粘度的增大会加大传质阻力，增加泵功耗，应通过流体力学仿真来优化增稠剂配比。3.2 相变蓄冷系统性能的调控根据应用需求不同，可将相变蓄能系统分为相变蓄热系统和相变蓄冷系统，其中相变蓄冷系统如图14所示。而相变蓄能系统性能主要受两个因素影响∶相变材料和系统传热结构。相变材料可通过选材和改性等方法将性能调整至预期所需，系统传热结构可以通过改变换热器内外部形状和排布，获得具有换热面积大、结构稳定、操作简单、抗压性好、抗腐蚀性好和热稳定性好等优点的换热器。根据相变蓄冷系统换热方式的不同，可以分为间壁换热式相变蓄冷系统和直接接触式相变蓄冷系统。图 14 相变蓄冷系统示意图3.2.1 间壁换热式相变蓄冷系统蓄冷技术中间壁换热式相变蓄冷系统主要包括∶內融盘管式、堆积床式和管翅式，通过将制冷剂与传热流体隔开来防止二者直接接触，在一定程度上维持二者性质不变，目前应用最为广泛。內融盘管式蓄冷系统属于静态制冰，装置如图15所示，以冰作为相变材料，由浸没在水槽中的盘管构成结冰载体。蓄冷时，制冷剂在管内流动，将管外的水冻结成冰；释冷时，传热流体在管内流动，管外的冰熔化吸收管内流体的热量。盘管式蓄冰系统形状多变，应用范围广泛，使用简单，可靠性好，价格较低，本身既可制冰又可蓄冰。而且间壁换热的方式能隔开冷源和外界，提升系统的循环稳定性。但冰与传热流体间存在较大的接触热阻，对传热性能不利。且盘管式内部管路长、多弯折，制冷剂流动阻力大，泵功耗大，运营成本较高。图 15 内融式盘管式冰蓄冷系统的蓄冷和放冷过程堆积床式蓄冷系统通过将水、低温石蜡和水合盐等相变材料封装在如图16所示的球形或板形容器内，并将这种蓄冷单元如图17所示放置在水罐内。蓄冷时，制冷剂在蓄冰单元外流动，其中相变材料通过凝固来实现蓄冷。放冷时，传热流体流过蓄冷单元间隙实现热交换。这种蓄冷装置运行可靠，但存在蓄冷量不易计量、传质阻力大等缺点。图 16 封装式蓄冷单位图 17 堆积床式蓄冷系统管翅式蓄冷装置如图18所示，在列管上增加翅片来增大传热面积，常在翅片空隙中填充水合盐和石蜡等相变材料用于蓄冷。蓄冷时，制冷剂在管内流动，管外相变材料凝固蓄冷。放冷时，管外相变材料熔化释冷，降低管内传热流体温度。这种装置结构紧凑、传热面积大，但制备工艺复杂而且难检修保养，运行成本较高。图 18 管翅式换热器3.2.2 直接接触式相变蓄冷系统直接接触式相变蓄冷系统方法包括外融盘管式和直接接触式，通过制冷剂与传热流体直接接触换热，减少换热器热损失并提高热交换效率。外融盘管式蓄冷装置如图19所示，与內融盘管式蓄冷装置结构相似，同以冰作为相变材料。蓄冷时，制冷剂在管内流动，将管外水冻结成冰；但在释冷时，传热流体在管外流动，直接与冰接触换热。这种直接接触式传热能有效减低接触热阻，提升换热速率。但相变材料会直接接触传热流体，存在物性被影响的可能，可靠性有待提高。图 19 外融式盘管式冰蓄冷系统的蓄冷和放冷过程直接接触式冰浆制备装置如图20所示，制冷剂和水溶液直接接触，水溶液降温结晶形成冰晶颗粒，这种方法在动态制备冰浆过程中具有较高的换热效率，改进静态冰蓄冷中冰层厚度增长和热阻增加的缺点。但是制冷剂喷嘴处易发生冰堵，难连续制冰，传统低温冷媒难与水分离，消耗量大，且容易腐蚀管壁，实际应用成本高。图 20 直接接触式冰浆制备装置3.2.3 相变蓄冷系统的性能优化相变蓄冷材料的低热导率意味着相变蓄冷系统蓄冷和放冷时间长，增加制冷系统功耗，提高运行成本，因此需要对材料和换热器的热性能进行优化。相变蓄冷系统传热主要有两种强化方向∶添加高导热填料和增大换热器表面积，实际应用中常将这两种方法结合起来，共同优化相变蓄冷系统性能。添加高导热填料的方法是通过添加具有高热导率、大比表面积的纳米颗粒或多孔基材来提升整体热导率，提升系统释冷、蓄冷速率，提高整体融冰率。Lou等研究了泡沫金属对蓄冰球的传热强化，分析金属泡沫和金属泡沫复合翅片下温度场、冰锋演化、凝固分数、总凝固时间和蓄冷能力的变化，最后对泡沫金属蓄冰球的无量纲参数进行分析，为泡沫金属在蓄冷系统中的应用提供参考。Rajan等将活性生物炭纳米粉末分散在水中，将材料热导率从0.62 W/(mK)提升至1.05 W/(mK)。连续运行337 h，相比不含相变材料的冷库，含相变材料的冷库消耗电量从304.58 kWh降至278.03 kWh，相变材料降低了冷库9%的能耗。Refat等为提高水的热导率，将水封装在高热导率石墨球中并用于堆积床系统，石墨的加入使水的热导率从0.6 W/(mK)提升至7.2 W/(mK)，系统完全蓄冷时间减少了53.7%。增大换热器表面积，进而增大系统传热面积来提升热导率。常见方法是在换热器内引入翅片和增加槽口，管翅式换热器由此而来，翅片和槽口越多，热导率提升幅度越大。Shao等研究了相变乳液PCE-10在管翅式换热器中的热性能，其相变温度在4~11℃间，热导率为0.4 W/(mK)，翅片的存在强化了传热，使整体传热速率提升了1.1~1.3倍。Vahid等研究了管壳几何形状和传热管向下偏心对管壳式换热器中石蜡熔化行为的综合影响，得出增加偏心系数可以延长以对流为主的熔化时间，缩短以传导为主的熔化时间结论，为容器设计提供思路。Merve等为改善板式换热器的性能，在板表面上增设鱼鳃槽，传热速率提高了17.5%，鱼鳃槽起到增大传热面积作用。结合高导热填料及增大换热器表面积可进一步提高蓄冷系统传热性能，已广泛用于蓄冷系统中。黄江常使用膨胀石墨与水复合制备出相变焓值280.6 kJ/kg、相变温度0℃、过冷度为2.6℃和热导率为4.72W/(mK)的水/改性膨胀石墨复合相变材料。Feng等将这种水/膨胀石墨复合相变材料与管翅式换热器通过如图21所示方式耦合，将复合相变材料填充入换热器翅片间。图 21 水/改性膨胀石墨复合相变材料填充管翅式换热器相比纯水蓄冷器，该蓄冷器的蓄冷功率提升了15.9%，而且完成蓄冷时间仅为纯水蓄冷器的69.7%，成功搭建了一个具有较高蓄冷功率和较快蓄冷速率的蓄冷装置。Nóbrega等在水中加入纳米氧化铝颗粒，当纳米氧化铝质量分数为5 wt%时，相变焓为275.9 kJ/kg，结冰前热导率为0.67 W/(mK)，结冰后热导率为2.65 W/(mK)。再将其和图22所示四翅片管耦合，氧化铝和翅片管的加入分别使水完全凝固时间减少了25%和9.1%，成功缩短了系统蓄冷时间。图 22 相变材料与四翅片管耦合模型Ahmed等采用十四烷为相变材料，膨胀石墨作为高导热封装基材，制得相变温度为4.5℃、相变焓为168 kJ/kg、热导率为10 W/(mK)的复合相变材料。并如图23所示在空调系统中设计双流体回路，通过结构上的优化空调组成，空调压缩机在高峰时期的功耗从2.18 kW降至1.82 kW，降低约16%。图 23 使用膨胀石墨/十四烷复合相变材料的蓄热式集成空调加入纳米颗粒和多孔材料虽能提升系统热导率，但会对相变材料的相变潜热、相变温度和循环稳定性等性质有影响。增大蓄冷器传热面积，会因内部结构的复杂化提高成本和压降，对生产和应用提出更高要求。目前相变蓄冷材料和蓄冷器的量产工艺尚不成熟，大规模应用难度高，后续应继续开发新型蓄冷材料和蓄冷容器，寻找相变材料与蓄冷器之间更多种耦合方式，提出与工况相匹配的释冷、蓄冷控制策略，降低运行成本，实现相变蓄冷技术的大规模应用。而且要探究材料与容器间相容性，部分材料有金属腐蚀性，会减少系统使用寿命和增加维护成本，如何对装置进行防腐蚀处理也是未来的研究重点。04总结与展望本文回顾了面向低温相变蓄能领域的相变材料和相变蓄冷系统，并介绍了目前相变蓄冷系统的主要应用场景，最后针对相变蓄冷系统的关键性能介绍了调控方法和方向。尽管相变蓄冷材料和系统的研究已经取得了较大进展，但由于相变材料自身缺陷和使用条件限制，目前应用范围较窄，离大规模商业化还有一定距离。根据国内外现有研究，本综述认为可以从以下三个方面继续发展∶（1）进一步研究相变材料的性能调控方法和规律，单一相变材料通常存在如热导率低、过冷度高、循环稳定性差和腐蚀性强等缺陷，这可以通过制备复合相变材料和加入添加剂来调控相变材料性能。后续需要建立和完善相变材料的物性数据库，提供一种有利于解决多数问题的方案，同时开发兼具低成本和低制造难度的工业化路线，为相变材料大规模商业化提供技术支撑。（2）开发和研究新型相变蓄冷系统，使用数值模拟指导设备开发，设计结构简单和制造难度低的蓄冷系统，特别是对于冷链运输、纺织品和数据中心冷却等领域，要求有限的体积和重量，需要提高相变蓄冷系统的集成程度。应结合实验来验证模拟设备的实际使用性能，最后对相变蓄冷系统进行经济评估和环境评估，开发低能耗、低碳排放的相变蓄冷系统。（3）拓宽相变蓄冷系统在各领域中的应用，目前已在数据中心应急冷却和医疗保健等新领域有了较深的技术积累。后续还要完善在冷链运输、纺织品和建筑节能等领域的应用，寻找高蓄冷需求的行业，实现在各行各业的大规模商业化。总之，相变蓄冷技术作为储能技术中的技术分支，具有高安全性、性能稳定、充放寿命长、成本低、结构系统简单等优点，是未来实现分布式储能和清洁能源利用的重要方向。

我司于2012年10月16日，携新品以全新面貌，精彩出展第六届慕尼黑上海分析生化展（2012 analytica china）。尽情为大家呈现新品：全自动防护热板法导热仪，高端淬火相变热膨胀仪、成像热膨胀仪、双炉体热膨胀仪、激光热导仪、瞬时热参数导热仪、高压同步热分析仪、液体导热仪、赛贝克系数测定仪，便携式密度计、生物信息学软件等。 如今我司正以不负众望的姿态，蓬勃向上的激情，奋斗于仪器仪表行业，相信在下次展会中定能继续绽放光彩，为行业带来更多的惊喜。

6月中旬，全球热分析和热物性产品的领导者TA仪器与沈阳金属所联合举办了一场热物性的高级研讨会。 在这次研讨会上，来自TA仪器美国总部的热物性高级产品专家王恒博士向在座的金属业界的朋友介绍了TA仪器在热物性产品线的最新技术和产品进展，2014年初TA仪器并购了先进光学膨胀仪和加热显微镜的制作商ESS公司以及专业于绝热材料测试的美国Laser Comp公司，使得TA仪器的热物性产品线得到了更好的补充，与原有的导热仪及传统热膨胀仪一起形成了中国市场上最完整的热物性产品及技术供应商。 除此以外， 王恒博士还与大家分享了热性产品在金属行业的各种典型应用，更结合了其之前在日本和美国的一些研究成果，获得了在场与会者的一致好评。 除了王恒博士精彩的报告以外，我们还还特邀了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的易红亮博士就TA仪器DIL805在轧钢领域的应用于大家展开了讨论，易博士高度评价了TA仪器的DIL805淬火相变仪，称这款功能强大的仪器是现在市场上最好的一款相变仪、 会后王恒博士和易红亮博士又回答了大家众多的问题，其中不少是行业内未来发展的研究方向，此次高级研讨会不仅参会者受益良多，TA仪器也通过和用户的交流更明确了中国市场的需求，为未来的市场拓展打下了坚实的基础沈阳金属研究所高级研讨会现场东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的易红亮博士演讲中更多资讯请关注美国TA仪器微信：

气动执行器因其弯曲程度高、自由度大、环境适应性强等特点，在医疗保健、复杂地形勘探等领域有广泛的应用前景。但由于其压力系统离不开笨重且刚性的泵驱动气体设备，极大地限制了执行器的尺寸和移动性，以及在室外环境中的应用。液-气相变复合材料是一种在柔性弹性体中掺杂液-气相变材料而形成的智能材料。当温度达到材料沸点时，液滴蒸发产生压力，带动复合材料膨胀，因此每个微液滴都可以看作是一个气动单元。通过这种方式，将气源和气泵的功能集成到主要材料中，大大降低了系统的复杂性。然而，相变执行器的加热方式受到焦耳加热或环境加热的限制，需要外接电源或更高的环境温度，这阻碍了其更广泛的应用。此外，目前对执行器变形行为的监测通常由光学相机记录，然后对获得的图像进行后分析，缺乏实时性。因此，如何设计一个无系绳，且具有感知自身运动的柔性执行器仍是一个挑战。针对上述问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所增材制造材料技术团队程昱川研究员和孙爱华研究员基于石墨烯、低沸点溶液微滴和硅橡胶，制备了一种集成变形驱动和传感特性于一体的光响应液-气相变弹性体(PRPTE)(如图1)。PRPTE具有优异的机械性能，在100℃时，低沸点发生液-气相变产生的轴向力可以高达自身重量的400倍，且稳定性良好。以该材料为主动层材料，团队采用4D打印技术制备了一系列柔性执行器，实现弯曲、抓取和爬行等光控程序化运动(如图3)。尤其重要的是，基于电容变化PRPTE表现出自传感特性。石墨烯吸收近红外光产生热量，低沸点液体发生液-气相变，介电常数减小；石墨烯因硅橡胶膨胀而逐渐分散，弹性体介电常数减小；同时电极间距增大。在以上三个因素的共同作用下，PRPTE的电容会迅速减小，从而实现对其变形的实时感知。模仿生物体利用其自身信号反馈调节肌肉收缩和拉伸，从而进行复杂运动，团队制备了一种人工肌肉(如图2)。该人工肌肉可以通过反馈的电容值得知腿部弯曲角度，并根据需要的角度进行精确控制。该研究实现了柔性执行器的驱动/传感一体化功能集成，为设计和制造具有集成自感知能力的软机器人提供了新思路。该工作以“4D printing Light-Driven soft actuators based on Liquid-Vapor phase transition composites with inherent sensing capability”为题发表在Chemical Engineering Journal, 2023, 454, 140271 。本研究得到了浙江省自然科学基金(No.LZ22E030003)、国家重点研发计划(No.2021YFB3701500)、国家自然科学基金(No.11874366)和宁波市重大科技攻关(No.20211ZDYF020228)等项目的支持。图1 PRPTE执行器的驱动、传感原理和制造图2 PRPTE传感性能的表征图3 4D打印PRPTE/PDMS双层结构执行器