124 工程科学学报，第42卷，第1期 2.4材料的X射线衍射图谱 度有些降低，表明HAP气凝胶的孔隙结构没有改 为了探索相变材料在HAP气凝胶内的结晶行 变相变材料的结晶过程，其依旧保持良好的结晶 为，对复合相变材料进行了X射线衍射表征.从 行为，这对于保证相变材料在羟基磷灰石载体中 图5(a)可以清晰地看到HAP的典型特征峰位于 能够发生相变并产生潜热非常重要.十八醇@HAP 28.85°、31.70°、32.80°和39.80°处21纯石蜡的特征 气凝胶复合相变材料与纯十八醇分子的X射线衍 峰位于21.50°和23.80处2叫，与纯石蜡相比，在复 射图谱相比，相应的衍射峰向低角度峰位偏移.这 合相变材料的X射线衍射图谱中可以直观地观察 可能是因为HAP气凝胶通过氢键作用力将十八醇 到对应石蜡的特征峰.十八醇在21.58°和24.45处 分子吸附在HAP纳米线上，从而打断十八醇分子 存在两个典型的衍射峰四，与纯十八醇相比，在复 正常的排序，因此，十八醇的晶胞单元被放大 合相变材料的X射线衍射图谱中明显存在对应十 根据布拉格公式(2sin0=n2,式中，d为晶面间距， 八醇的特征峰，如图5(b)所示.从X射线衍射结 0为入射线，反射线与反射晶面之间的夹角，1为 果可以得出，在复合相变材料的图谱中可以清楚 波长，n为反射级数)，晶胞单元的膨胀将引起相邻 地观察到对应相变材料的所有强烈的衍射峰及 相变材料分子之间的距离变大，从而导致X射线 HAP气凝胶载体的典型衍射峰，只是衍射峰的强 衍射峰位向较低角度移动2] (a) (b) 石蜡 一十八醇 -60%十八醇@HAP -HAP 60%石蜡@HAP -HAP 202530354045 50 55 152025303540455055 2a) 28) 图5材料X射线衍射图.()石蜡、HAP气凝胶及复合相变材料：(b)十八醇、HAP气凝胶及复合相变材料 Fig.5 X-ray diffraction patterns:(a)paraffin,HAP aerogels and composite PCMs:(b)octadecanol,HAP aerogels and composite PCMs 2.5材料的热稳定性能 成，分解温度从190℃左右开始，到330℃结束 热稳定性是用于评估复合相变材料实际应用 复合相变材料在215~330℃加热过程中由于石 的重要指标.HAP气凝胶，石蜡、十八醇和相应复 蜡的热分解而出现急剧质量损失，还可以观察到 合相变材料的热重分析结果如图6所示.图6(a) 石蜡@HAP气凝胶复合相变材料的质量损失起始 热重曲线显示，石蜡主要由普通烷烃的混合物组 温度明显高于纯石蜡.从图6(b)可以观察到复合 100 (a) (b) 100 80 -HAP % 60%石蜡@HAP -HAP 60 一石蜡 一十八醇 60 -60%十八醇@HAP % 40 20 0 0 200 400 600 800 200 400 600 800 温度/℃ 温度/℃ 图6热重曲线.()石蜡、HAP气凝胶及复合相变材料：(b)十八醇、HAP气凝胶及复合相变材料 Fig.6 Thermogravimetric curves:(a)paraffin,HAP aerogels and composite PCMs;(b)octadecanol,HAP aerogels and composite PCMs2.4    材料的 X 射线衍射图谱 为了探索相变材料在 HAP 气凝胶内的结晶行 为，对复合相变材料进行了 X 射线衍射表征. 从 图 5（a）可以清晰地看到 HAP 的典型特征峰位于 28.85°、31.70°、32.80°和 39.80°处[20] . 纯石蜡的特征 峰位于 21.50°和 23.80°处[21] ，与纯石蜡相比，在复 合相变材料的 X 射线衍射图谱中可以直观地观察 到对应石蜡的特征峰. 十八醇在 21.58°和 24.45°处 存在两个典型的衍射峰[22] ，与纯十八醇相比，在复 合相变材料的 X 射线衍射图谱中明显存在对应十 八醇的特征峰，如图 5（b）所示. 从 X 射线衍射结 果可以得出，在复合相变材料的图谱中可以清楚 地观察到对应相变材料的所有强烈的衍射峰及 HAP 气凝胶载体的典型衍射峰，只是衍射峰的强 度有些降低，表明 HAP 气凝胶的孔隙结构没有改 变相变材料的结晶过程，其依旧保持良好的结晶 行为，这对于保证相变材料在羟基磷灰石载体中 能够发生相变并产生潜热非常重要. 十八醇@HAP 气凝胶复合相变材料与纯十八醇分子的 X 射线衍 射图谱相比，相应的衍射峰向低角度峰位偏移. 这 可能是因为 HAP 气凝胶通过氢键作用力将十八醇 分子吸附在 HAP 纳米线上，从而打断十八醇分子 正常的排序，因此，十八醇的晶胞单元被放大[11] . 根据布拉格公式（2dsinθ=nλ，式中，d 为晶面间距， θ 为入射线，反射线与反射晶面之间的夹角，λ 为 波长，n 为反射级数），晶胞单元的膨胀将引起相邻 相变材料分子之间的距离变大，从而导致 X 射线 衍射峰位向较低角度移动[23] . 2.5    材料的热稳定性能 热稳定性是用于评估复合相变材料实际应用 的重要指标. HAP 气凝胶，石蜡、十八醇和相应复 合相变材料的热重分析结果如图 6 所示. 图 6（a） 热重曲线显示，石蜡主要由普通烷烃的混合物组 成，分解温度从 190 ℃ 左右开始，到 330 ℃ 结束. 复合相变材料在 215～330 ℃ 加热过程中由于石 蜡的热分解而出现急剧质量损失，还可以观察到 石蜡@HAP 气凝胶复合相变材料的质量损失起始 温度明显高于纯石蜡. 从图 6（b）可以观察到复合 相对强度 (a) (b) 15 20 25 30 2θ/(°) 60%石蜡@HAP 石蜡 35 40 HAP 45 50 55 相对强度 15 20 25 30 2θ/(°) 60%十八醇@HAP 十八醇 35 40 HAP 45 50 55 图 5    材料 X 射线衍射图.（a） 石蜡、HAP 气凝胶及复合相变材料；（b） 十八醇、HAP 气凝胶及复合相变材料 Fig.5    X-ray diffraction patterns: (a) paraffin, HAP aerogels and composite PCMs; (b) octadecanol, HAP aerogels and composite PCMs 质量分数/% 质量分数/% (a) (b) 200 温度/℃ 60%石蜡@HAP 石蜡 400 HAP 100 80 60 40 20 0 600 800 200 温度/℃ 400 100 80 60 40 20 0 600 800 60%十八醇@HAP 十八醇 HAP 图 6    热重曲线. （a）石蜡、HAP 气凝胶及复合相变材料；（b）十八醇、HAP 气凝胶及复合相变材料 Fig.6    Thermogravimetric curves: (a) paraffin, HAP aerogels and composite PCMs; (b) octadecanol, HAP aerogels and composite PCMs · 124 · 工程科学学报，第 42 卷，第 1 期