摘要：本文重點針對相變材料的各種熱分析方法進行了簡單比較，介紹了各種熱分析測試方法的特點和適用范圍，突出介紹了新型商品化熱分析測試儀器——參比溫度曲線法（T-History）的特點，參比溫度曲線法（T-History）更適合大尺寸復合相變材料的熱分析測試。
關鍵詞：相變材料，參比溫度曲線法，T-History，熱分析，差示掃描量熱計，DSC，復合相變材料，儲熱
1. 引言
熱能存儲系統是用于改進能效的最有效技術手段之一，其中具有儲熱能力的材料也正在被進行廣泛的研究。熱能存儲系統中相變材料作為一種附件，通過相變過程中所產生的潛熱來增加熱能存儲系統外殼和系統中的熱質。另外，相變材料被認為是增強建筑能效和其它應用領域中最具潛質材料之一，如應用于特殊環境下穩定人體溫度、太空領域、電子工業、汽車行業以及冷藏、太陽能制冷、太陽能發電和季節性能力存儲等。
在實際工程應用中選擇相變材料時需要考慮合適的熱物理、動力學和化學特性以及合理的經濟性和安全性。本文將重點關注相變材料的熱物理性能，因為這是在蓄熱系統模擬和設計中選擇相變材料時的主要需要考慮的性能參數，而且還需要通過相變材料來實現以下條件：
（1）融化溫度處于操作溫度范圍內。
（2）單位體積融化具有高潛熱，這樣對于存儲給定熱量時所需要的容器尺寸較小。
（3）具有高的比熱以提供較大的蓄熱能力。
（4）無論是在液相還是固相狀態下都具有較高的熱導率以有利于蓄熱系統的充熱和放熱。
（5）在操作溫度下的相變過程中產生較小的體積變化和蒸汽壓以避免產生容積問題。
（6）對于一個不變存儲容積具有凍結/融化循環的相變材料，需要具有合適的融化溫度。
無論是采用熱分析技術還是采用量熱技術所提供的測試數據，都可以進行測試評價得到熱物理性能參數，如相變溫度（Tm）、潛熱（Hm）和液相和固相比熱（Cp）。但熱分析技術還是與量熱技術有所不同，熱分析技術是基于試樣的溫度函數或時間函數來進行測試評價，而量熱技術是基于加熱/冷卻時間函數來記錄試樣的溫度或熱量變化。差示掃描量熱技術則兼顧了這兩種方法，測試中輸出的參數是基于時間和溫度函數的熱流，因此這里將它歸結為熱分析技術。
2. 常用熱分析技術
最常用的熱分析方法如表2-1所示，對于每種分析技術都標出了相應的輸出參數。為了便于區別測試技術和測試方法，測試方法中需要包括測量參數的評價和解釋，因此在表中這兩項都進行了標注。
針對商業化的測試技術（表2-1所列內容），在相變材料研究領域用到最多的測試方法是DSC、DTA以及較少范圍內的TGA。然而，還存在其他測試技術，如上海依陽公司已經商業化的參比溫度曲線法（T-history）。T-history法首次是以量熱計方法被提出，但由于采用了一種新的數據評價方法，所以我們將參比溫度曲線法（T-history）方法歸結為熱分析領域。
表2-1 常用熱分析技術及相關方法、縮寫和測試參數
3. 針對相變材料的各種熱分析方法對比
選擇合適的熱分析方法以得到準確的實驗數據取決于測試設備的輸出量、測量值準確度、實驗裝置所需要的試樣尺寸、設備維護和實驗裝置安裝等多種因素。如表3-1所示，對于相變材料性能評價采用了四種不同測試方法進行比較，比較它們的相對偏差量和輸出值。
表3-1 四種熱分析測試方法對比
試樣大小在確定熱物理性能參數中是個需要考慮的重要指標，小試樣會導致相應的測試時間減小，由此可改善溫度測量分辨率。然而，相變材料主要是用于建筑等工程領域，較大試樣的測試分析更具有代表性，實驗室級別得到的小試樣測試結果可能會產生誤導作用。
另外，大量文獻闡述了T-history方法具有其他方法不具備的優勢：由于可用于大試樣測試，這種方法適用于各種寬泛形式的相變材料（無機、有機、膠囊封裝或復合材料），加熱和冷卻速率以及溫度范圍都可以大范圍變化并足以滿足相變材料在不同場合的應用需要。因此，大試樣形式的相變材料性能評價將更可取，滿足這種大試樣測試要求的則如表3-1所示的采用T-history方法。
在材料性能測試評價過程中，測量和結果評估是最費時間的步驟。測試結果評估時間可以憑借研究者經驗和建立好的規程來進行優化，而測試時間則是純粹基于所選擇分析方法的測試設備。由于通常的熱穩定性分析測試以及重復性測試中需要不止一個試樣，測試技術中相應的測試時間優化就需要得到特別的關注，如表3-1所示，T-history方法是一種測試時間較短的測試方法。
另外，測試設備的維護維修以及價格也是選擇測試方法需要考慮的因素，而T-history方法所具有的優點之一就是這種方法的測試設備簡單和造價低。同時，如表3-1所示，T-history方法是一種較少需要維護維修以及價格低廉的測試設備。
DSC和DTA儀器顯示出近似的特點，盡管DTA往往常被用來進行定性測量，在某些特殊情況下，對于熱涵的定量測量，合適的測試技術往往是DSC和T-history方法。
與其他三種測試方法相比，T-history方法適合于大試樣尺寸測試分析，并只需要很少的維護維修、儀器價格和測試時間。
同時，由于T-History方法的簡便性，使得這種方法可以很容易的進行擴展而輕松實現多試樣的同時測量。