熔盐的应用
熔盐在高于300℃的高温下具有稳定性，并展现出卓越的热性能。这些性能对于需要高效传热的应用场景至关重要，例如核裂变反应堆和太阳能发电厂。 特别是FLiNaK熔盐，它是氟化锂（LiF）、氟化钠（NaF）和氟化钾（KF）的共晶混合物，是一种很有前景的反应堆建造材料，以其高导热性而著称。
在这些应用中，氟锂钠钾（FLiNaK）充当冷却剂和热载体，其比热容和密度对于系统设计至关重要。 在熔盐反应堆（一种先进的核反应堆）中，氟锂钠钾（FLiNaK）被用作裂变材料的载体介质。这些反应堆利用熔盐的高熔点和出色的传热能力，实现更高效、更安全的核裂变。 与传统的水冷反应堆相比，它们具有几个优点，例如更高的运行温度可提高热效率，以及更低的运行压力可降低蒸汽爆炸的风险。
在太阳能热电厂中，熔盐被用作传热介质，用于储存和传输太阳能集热器所吸收的太阳能。熔盐能够长时间储存热量，这使得即使在没有直射阳光的情况下也能持续发电。 通过确保无论白天时间或天气条件如何，都能有稳定的能源供应，这显著提高了此类设施的整体效率和可靠性。
热化学和热物理性质对于熔盐研究的重要性
热化学和热力学是研究熔盐的关键工具，能为深入了解这些材料的性质提供全面的见解。 吉布斯自由能、焓、熵和比热容都是极为重要的参数。吉布斯自由能衡量的是一个系统做功的热力学势，在确定化学反应的方向和程度以及熔盐的相平衡方面起着关键作用。此外，它还影响着这些盐的稳定性，而这对于理解和优化它们的应用及用途至关重要。
熔盐的热物理性质同样重要。这些性质包括比热容、热导率和传热系数。它们在对使用熔盐的系统（如熔盐反应堆、热交换器和储罐）进行建模、设计和运行方面起着至关重要的作用。
熔盐的密度会影响其流动特性和热量分布，而热导率则会显著影响这些系统中的热传递效率。传热系数是熔盐中热交换过程效率的一个关键因素。在基于熔盐的技术的研究与开发中，对热化学和热物理性质进行全面研究是必不可少的。这些知识能够提高此类系统的性能和效率，使其适用于核能、太阳能、金属提取和电化学等领域的广泛应用。
同步热分析仪、激光闪射法导热仪和热膨胀仪是分析熔盐的有力工具
不同热分析技术的结合能够对熔盐的热化学和热物理性质展开深入研究，全面了解这些材料对于优化它们在各个关键领域的应用至关重要。
同步热分析（STA）
所使用的技术之一是同步热分析（STA），它是一种将热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）相结合的技术，可用于测定多种性质。通过 STA，可以分析熔盐的质量损失、熔点、相变、比热容、热稳定性和分解情况，还可以使用质谱仪等联用仪器来检测生成的气体。例如，STA 可用于确定硝酸锂的热分解情况，硝酸锂是某些熔盐的重要成分。
激光闪射法分析（LFA）
另一种有价值的技术是激光闪射法分析（LFA），它能测量不同成分熔盐在高温下的热扩散率和热导率。例如，可以使用激光闪射法导热仪测量常用熔盐氯化钠的热扩散率。
热膨胀法（DIL）
热膨胀法（DIL）是另一种用于测量熔盐在不同温度下热膨胀的重要技术，该数据对于熔盐反应堆的设计尤为重要，因为在熔盐反应堆中，材料会在温度变化时发生膨胀和收缩。
在熔盐技术的研究与开发中，这些分析技术对于表征材料特性以及了解它们在不同条件下的行为至关重要。 这种对熔盐的了解是优化熔盐应用，并推动其在各个工业和科学领域进一步发展的关键所在。
对熔盐进行同步热重 - 差示扫描量热法测量
在替代能源产量不断增长的背景下，储热和热传递的重要性日益凸显，比如在太阳能发电厂中，熔盐被用作传热流体和相变材料（PCM）。 所使用的熔盐的效率取决于诸如熔化潜热、比热容、密度、热导率、体积膨胀率等材料特性。因此，各种热分析方法都适用于对熔盐的效率进行表征。
应用：利用同步热分析（STA L82）研究熔盐的稳定性
在本项研究中，展示并讨论了对四水合硝酸钙（Ca (NO₃)₂・4H₂O）进行热重 - 差示扫描量热（TG-DSC）测量的结果。这种盐因其价格低廉且极为有效，被广泛用作储热和传热材料。
使用Linseis STA L82 仪器对样品进行了分析，该仪器可同时监测重量变化和差示扫描量热（DSC）信号。根据DSC信号，可以确定相变焓和热容。 将样品置于一个密闭的铝制坩埚中，以10K/min的升温速率加热至180℃，并等温保持3小时。随后，再以10K/min的升温速率将其加热至600℃。
结果与讨论
上图展示了测量结果，蓝色曲线表示质量损失，红色曲线表示差示扫描量热（DSC）信号。DSC 信号中的第一个峰对应着样品的熔化过程。熔化峰的起始温度为 46℃。在样品完全熔化后，出现了第二个吸热峰，其起始温度为141℃。热重（TG）信号显示，在这个温度范围内样品质量损失了32%，这表明四水合硝酸钙发生了脱水反应，生成了固态的无水盐。在180℃等温保持期间，样品未发生进一步的变化，这表明该温度是干燥该盐并得到无水盐的理想温度。当再次加热到541℃时，观察到一个吸热峰，这对应着无水盐的熔化。然而，热重（TG）信号显示出质量损失，这表明该盐在熔化时发生了分解。因此，无法直接测量熔融无水盐的熔化焓和热容。
不过，这可以通过对盐混合物进一步进行热重 - 差示扫描量热（TG-DSC）测量来实现。需要将硝酸钙与硝酸锂、硝酸钠或硝酸钾按不同的摩尔百分比进行混合。从这些混合物的差示扫描量热（DSC）熔化峰，可以确定其熔化焓。然后，通过外推至硝酸钙摩尔百分比为100%的情况，就能够计算出纯硝酸钙的熔化焓。 同理，采用相同的步骤来测量熔融无水硝酸钙的热容。
结论
热分析方法非常适合用于获取熔盐的材料特性。同步热重-差示扫描量热（TG-DSC）分析能够提供固态和熔融态下的熔化焓以及热容信息。质量变化信号可用于检测诸如结晶水蒸发和盐分解等过程。
使用激光闪射技术对熔盐进行热导率测量
确定并优化液态盐的热导率，是开发新一代核反应堆（即熔盐反应堆或液态盐反应堆）过程中的关键一步。在这类反应堆中，熔盐既充当储热介质，又作为传输反应堆堆芯所产生热量的媒介。
有多种测定液体热导率的方法，每种方法都各有利弊。在测量过程中，避免因对流和热辐射而造成热量损失至关重要，因为这些因素会带来显著的测量误差，进而得出不准确的结果。例如，在稳态测量方法中，由于测量时需要施加温度梯度，就会产生对流现象，而且通常较长的测量时间会使这种情况更加严重。
测定熔盐热导率最有前景的方法是激光闪射法，因为它是一种绝对测量方法，所以无需使用参考材料进行校准。此外，由于所需样品量少且测量时间短，对流效应被降到了最低。然而，由于激光闪射法主要是为均匀的固态材料设计的，因此需要构建一种特殊的样品支架。
如下图展示了所构建的样品支架的设计。该支架由石墨制成，因为即使在较高温度下，石墨也能承受盐的腐蚀性。支架的底部和顶部以一种特定方式连接，使得在支架中间部分能确定样品的厚度为一定距离。这种设计还在侧面留出了额外空间，以便材料在较高温度下能够膨胀。此外，顶部设有孔洞，以便材料产生的任何气体能够逸出。这一点至关重要，因为溶解的气体可能会形成气泡，从而导致材料不均匀或与支架接触不良。
应用：使用LFA L52型仪器对熔盐进行热扩散率测量
这里介绍的熔盐 FLiNaK 热扩散率的测量是在氦气气氛中，使用Linseis LFA L52型仪器，在773 K至973 K的温度范围内进行的。专门设计的样品仓被放置在一个样品自动进样器中，该装置能够同时容纳三个样品。在实际测试之前，样品会被多次预热至略高于其熔点的温度，以使材料脱气，从而避免熔盐中产生气泡。
结果与讨论
熔盐的热导率可以借助通过激光闪射法（LFA）测得的热扩散率，以及比热容和密度的数据，利用以下关系式来计算：
热扩散率和热导率的测量结果如下图所示。这两项属性的测量结果都随着温度的升高呈现出相对线性的增长趋势。
综上所述，经测定，在773K至973 K的温度范围内，FLiNaK熔盐的热导率为0.652至0.927W/m∙K，其不确定度为 ±0.023W/m∙K。这表明该结果与先前发表的数值具有良好的一致性。
激光闪射技术，结合专门开发的样品仓以及杜萨（Dusza）提出的组合模型，被证明是一种在高温下测定熔盐热扩散率的可靠方法。*
*https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0017931015007516
