پیشرفت های اخیر در تغییر مواد (PCM) تخصیص مقررات حرارتی را در سراسر صنایع تغییر می دهد، زندگی طولانی تر و کنترل دما قابل اعتماد تر را ارائه می دهد.این نوآوری ها به موانع ثبات و عملکرد طولانی مدت می پردازند، راه های جدیدی برای ساختمان های کارآمد انرژی، خنک سازی الکترونیک پیشرفته و طراحی محصول پایدار باز می کنند.

نقش اساسی تغییر مرحله

مواد تغییر فاز از گرمای جذب شده یا آزاد شده در طی یک انتقال فاز استفاده می کنند – که معمولاً بین حالت های جامد و مایع است، بر خلاف ذخیره سازی حرارتی معقول، که بستگی به تغییرات دما، فروشگاه PCMs دارد یا مقدار زیادی انرژی را در دمای تقریباً ثابت آزاد می کند.این اموال آنها را برای صاف کردن امواج دما، کاهش مصرف انرژی و محافظت از اجزای حساس ایده آل می کند.

چرخه عملیات معمول شامل ذوب زمانی است که دمای محیط زیست از نقطه ذوب PCM فراتر می رود، جذب گرمای اضافی، هنگامی که محیط خنک می شود، PCM جامد و آزاد کردن حرارت ذخیره شده، نوسانات بافر است. PCM های مشترک شامل موم های پارافین، هیدراته های نمک، اسیدهای چرب و مخلوط های یوتکتیک، هر کدام با محدوده های ذوب خاص و حرارتی، مدیریت پارچه، و تدارکات سرد، و تدارکات باتری، و تدارکات سرد.

چالش های اصلی در PCM Encapsulation

PCM های خام را نمی توان به طور مستقیم در اکثر سیستم ها به دلیل نشت، واکنش پذیری و مقابله با مشکلات استفاده کرد. Encapsulation یک مانع محافظتی را فراهم می کند که شامل PCM، جلوگیری از آلودگی و حفظ ثبات شکل می شود.

  • کاهش و افسردگی: استرس مکانیکی، دوچرخه سواری حرارتی و حمله شیمیایی می تواند باعث پارگی پوسته ها شود، که منجر به از دست دادن PCM و کاهش عملکرد می شود.
  • قابلیت هدایت ضعیف : بسیاری از مواد پوسته (به عنوان مثال، پلیمر) دارای هدایت حرارتی پایین، کاهش انتقال حرارت به و خارج از هسته PCM است.
  • مجتمع سازی مانور [FLT 1]؛ تولید کپسول های یکنواخت، بدون نقص در مقیاس گران و حساس به فرآیند است.
  • ثبات محیطی [FLT 1]: قرار گرفتن در معرض اشعه UV، رطوبت یا دمای شدید می تواند تمامیت پوسته را در طول زمان کاهش دهد.

تکنیک های سنتی Encapsulation

روش های متعارف به سه دسته گسترده تقسیم می شوند که هر کدام با معاملات ذاتی:

  • میکروشارکت با پوسته های پلیمری : به طور معمول برای ساخت مواد و منسوجات استفاده می شود. تکنیک هایی مانند در پلیمریزه کردن یا coacervingation شکل پوست نازک پلیمری است در حالی که برای ذرات کوچک (<100 μm)، یکنواختی و کنترل ضخامت می تواند متفاوت باشد، که منجر به نقاط ضعیف می شود.
  • مکرون در ظروف : PCM در کیسه های فلزی یا پلاستیکی، پانل ها یا لوله ها مهر و موم شده است، این قوی و ساده برای ساخت اما از نسبت سطح پایین به اندازه کم است، کاهش نرخ انتقال گرما و اضافه کردن عمده.
  • انقباض در داخل مردانگی متخلخل : تزریق PCM به پشتیبانی متخلخل (foams، گرافیت، سرامیک) فراهم می کند حاوی و افزایش هدایت حرارتی است، با این حال، مواد ماتریس می تواند سنگین یا شکننده باشد، و ساختار متخلخل باید به دقت بهینه سازی شود تا از نشت کامپیوتر در طول دوچرخه سواری جلوگیری شود.

این روش ها برای بسیاری از برنامه ها کافی بوده اند، اما با افزایش تقاضاهای عملکردی، محدودیت های آنها بیشتر آشکار می شود.بنابراین محققان بر روی طرح های بعدی محدود سازی تمرکز کرده اند که بر این ضعف ها غلبه می کند.

پیشرفت های اخیر در PCM Encapsulation

نوآوری در سه جهت اصلی شتاب داده است: مواد پوسته نانوساختار یافته، جایگزین های مبتنی بر زیست و معماری کامپوزیت چند لایه به طور همزمان عملکرد حرارتی، انعطاف پذیری مکانیکی و مقاومت زیست محیطی را بهبود می بخشد.

نانوساختارهای Shell

نانوتکنولوژی ایجاد دیواره های کپسول فوق العاده قوی را قادر می سازد (با پوسته های مهندسی در مقیاس نانو)، دانشمندان می توانند دقیقاً ضخامت، منافذ و شیمی سطح را کنترل کنند، به عنوان مثال، silica Shell تولید شده از طریق روش های سونار، ثبات حرارتی بالا و شیمیایی درMO را ارائه می دهند، در حالی که [F:2] ضخامت مکانیکی و ضخامت (F:2.

مطالعات اخیر نشان داده اند نانوک ها با پوسته های زیر 100 نانومتر ضخامت که مقاومت در برابر هزاران چرخه حرارتی بدون نشت، این طرح ها همچنین بهبود می یابد (FLT:0 نرخ پاسخ حرارتی به دلیل کاهش مقاومت حرارتی بین هسته و محیط زیست، علاوه بر این، سطح بالا از کپسول های نانوساختاری، ادغام به رنگ، پوشش نازک و فیلم های نازک برای خنک کننده را تسهیل می کند.

مواد عایق زیستی

نگرانی های زیست محیطی باعث علاقه به مواد خام تجدید پذیر و تجزیه و تحلیل شده است. پلیمرهای طبیعی مانند chitosan، Alginate، و مشتقات سلولز ارائه خواص امیدوار کننده است. Chitosan، مشتق شده از پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته پوسته، تشکیل کپسول قوی از طریق ژل های ionic و فعالیت ضد میکروبی - و نمایشگاه مواد غذایی و کاربردهای پزشکی اصلاح شده است.

پوسته های مبتنی بر بیو اغلب به آرامی در شرایط مدیریت شده کاهش می یابند، کاهش اثرات زیست محیطی در پایان زندگی، با این حال، محققان تلاش می کنند تا ثبات حرارتی و مقاومت رطوبت خود را بهبود بخشند، که در حال حاضر برخی از سیستم های با دمای بالا یا مرطوب را محدود می کند که پلیمر های طبیعی را با نانوذرات غیر آلی ترکیب می کنند (به عنوان مثال، رس، سیلیکا) نشان می دهد تعادل برای دوستان سازگار با دوام زیست محیطی.

پوشش های Multi-Layered کامپوزیت

یکی دیگر از پیشرفت های عمده استفاده از لایه های متعدد پوسته با توابع مکمل است.به عنوان مثال، یک الکترواسپریاسیون الکترواسپکتیکیکیکیکیکیکیکیک (FLT:1) می تواند کپسول ها را با لایه پلیمر داخلی برای انعطاف پذیری تولید کند، یک لایه نانوذرات فلزی متوسط برای هدایت حرارتی بالا، و لایه سرامیکی خارجی برای UV و مقاومت شیمیایی.

مونتاژ لایه به لایه (LbL) با استفاده از تعاملات الکترواستاتیک اجازه می دهد تا کنترل دقیق بر ضخامت پوشش و ترکیب ترکیب شود، این روش برای ایجاد کپسول با حداکثر ده لایه متناوب از پلی الکترولیت و نانوذرات استفاده شده است، دستیابی به جلوگیری از نشتی دقیق پس از 500 چرخه حرارتی، مولتی لایه همچنین کپسول های برتر (FLT:0 قوی مکانیکی[F فشرده سازی ۱:۱] را نشان می دهد و مناسب برای ساخت آنها به آنها.

درخواست های کلیدی

تکنیک های تقویت بهبود یافته باز کردن پذیرش PCM در چندین زمینه با اثر بالا است.توانایی حفظ عملکرد در دوره های طولانی هزینه های نگهداری را کاهش می دهد و طول عمر محصول را گسترش می دهد، به طور مستقیم از اهداف پایداری حمایت می کند.

ساختمان های انرژی-Efficient

تقسیم بندی PCM های کپسوله شده به تخته های دیواری، کاشی سقف (یا بتن می تواند سرعت های گرمایش و خنک کننده را 10 تا 40٪ بسته به آب و هوا و طراحی ساختمان، در اینجا بسیار مهم است زیرا مواد ساختمانی در معرض نوسانات درجه حرارت، رطوبت و بارهای مکانیکی برای دهه ها قرار دارند. نانوساختار جدید و کپسول های مبتنی بر زیست ثابت کرده اند [FLT نمونه اولیه]

مدیریت حرارتی الکترونیک و باتری

در الکترونیک، گرماهای مبتنی بر PCM و مواد رابط حرارتی مانع از بیش از حد گرم کردن دستگاه ها از تلفن های هوشمند به مراکز داده می شود. Encapsulation باید شارهای حرارتی بالا را کنترل کند و چرخه های شارژ تکراری در باتری ها را کاهش دهد. Microencapsulated PCM با استفاده از (FLT 2:0graphene-enanced Shells [F1] نشان داده شده است که سرعت بالا را کاهش می دهد (c2).

صنعت نساجی و Wearable Technology

مواد تغییر فاز یکپارچه در پارچه ها می توانند راحتی حرارتی شخصی را در محیط های شدید فراهم کنند. اجازه می دهد تا PCM را به الیاف و پوشش بدون ایجاد دوام یا برنامه های فضای باز و نانوک انعطاف پذیر متصل کند. اجازه می دهد تا PCM در الیاف و پوشش بدون استفاده از دوام یا برنامه های تهویه مطبوع و فن آوری های مشابه در حال حاضر برای این تنظیم دما سازگار است.

زنجیره سرد و لجستیک

حمل و نقل کالاهای حساس به دما (داروهای دارویی، غذا) نیاز به بافرهای حرارتی قابل اعتماد برای روزها، بسته های سرد مبتنی بر PCM و ظروف عایق شده به عایق بندی زباله برای جلوگیری از نشت و حفظ عملکرد از طریق چندین محموله نشان داده اند (F2٪ بدون 2٪ جرم پس از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از از دست دادن مواد دفع مواد دفع مواد دفع مواد سخت، مواد دفع زباله، مواد، [F6:4] مواد دقیق مواد، [F2٪ از مواد مواد مواد مواد مواد، [F2٪ از مواد قابل اطمینان از مواد، [F2٪] مواد، [F2٪ از مواد دقیق؛

مسیر های آینده و مقیاس پذیری

در حالی که نتایج آزمایشگاهی امیدوار کننده است، ترجمه این پیشرفت های محدود کننده برای تولید انبوه همچنان یک چالش کلیدی است. فرایندهای تولید مقرون به صرفه که دقت نانو را حفظ می کنند توسعه یافته اند - به عنوان مثال، مدل سازی دقیق میکروکنش های ضعیف [FLT 1] که تولید نانوک های یکنواخت با نرخ مناسب برای استفاده صنعتی به طور موازی کمک می کند، بهینه سازی پردازش سازی پردازش های محاسباتی و ضخامت خاص برای استفاده از آن است.

مرز دیگر توسعه (FLT:0) سیستم های عایق بندی هوشمند است که می تواند PCM را تنها در زمان نیاز آزاد کند (به عنوان مثال، در پاسخ به دما یا فشار محرک) این می تواند مدیریت حرارتی خود را بهبود بخشد یا عایق بندی تطبیقی. تحقیقات در فاز کامپوزیت هایی که ترکیب چندین PCM با نقاط ذوب مختلف در یک کپسول واحد، همچنین کنترل دما گسترش یافته است.

در نهایت، ردپای محیط زیست مواد عایق بیشتر مورد بررسی قرار می گیرد.ارزیابی چرخه زندگی هدایت انتخاب به سمت پلیمر های غنی و قابل بازیافت و همچنین طرح های پوسته است که بهبود PCM را در پایان زندگی تسهیل می کند. ترکیب عملکرد بالا با اصول اقتصاد دایره ای برای استفاده گسترده در بخش هایی مانند ساخت و ساز و الکترونیک مصرف کننده ضروری خواهد بود.

به طور خلاصه، پیشرفت های اخیر در کپسولاسیون PCM - به ویژه پوسته های نانوساختار یافته، مواد زیستی و پوشش های چند لایه - حل محدودیت های دوام و کارایی است که قبلا با پیشرفت مداوم در تولید مقیاس پذیر و مواد هوشمند، PCM های کپسوله شده آماده به تبدیل شدن به یک جزء استاندارد در راه حل های مدیریت حرارتی نسل بعدی در سراسر صنایع است.