مواد تغییر فاز میکروكسپلیزه شده (PCM) مواد ساختاری ساختاری پوسته هسته هستند كه با محاصره مواد تغییر فاز (PCM) در ریزگردها یا پوسته های معدنی ایجاد می شوند. ویژگی اصلی آن جذب یا رهاسازی گرمای نهان از طریق فرآیند تغییر فاز (تبدیل جامد/جامد جامد) برای دستیابی به تنظیم دما و ذخیره انرژی حرارتی است ، در حالی که میکرو کپسوله سازی مشکلات نشت ، خوردگی و جداسازی فاز PCM سنتی را حل می کند.
در زیر یک تحلیل سیستماتیک از دو جنبه است:
--ویژگی های اصلی میکروکپسول های PCM:
Packaging structure and thermal management mechanism Core-shell design: The core material is paraffin alkane (such as n-octadecane, n-docadecane) or fatty acid esters, and the shell material is commonly used polyurea, polyurethane, acrylate or inorganic material, and the thickness is usually 5–40 μm. Dynamic temperature regulation: The phase change occurs near the set phase change temperature (such as 28°C human comfort temperature): high temperature heat absorption (solid → liquid), low temperature heat release (liquid → solid), to achieve two-way temperature buffering. High energy storage density: the enthalpy of fusion can reach 150–220 J/g (e.g., the enthalpy value of n-octadecane microcapsules is 214.2 J/g), and the coating efficiency is >80%.
عملکرد حرارتی و پایداری زیر کولینگ کم: نوسان دما در طی فرایند تغییر فاز برای اطمینان از کنترل دقیق دما ، اندک است (1-2 درجه). دوام چرخه: بعد از 200 چرخه گرم و سرد ، میزان احتباس آنتالپی> 95 ٪. تقویت هدایت حرارتی: با افزودن پرکننده های رسانا حرارتی مانند گرافن (به عنوان مثال ، پوسته های ترکیبی GNPS/RCH) ، هدایت حرارتی 138 ٪ (تا 0.65 W/(M · K)) افزایش می یابد و پاسخ حرارتی تسریع می شود.
مقاومت در برابر نشت پایداری مکانیکی و شیمیایی: پوسته به طور مؤثر مواد اصلی را جدا می کند تا از واکنش با بستر (به عنوان مثال ، سیمان ، منسوجات) جلوگیری کند و از طریق طراحی اتصال متقابل (به عنوان مثال ، آکریلات چند منظوره) ، چقرمگی دیواره کپسول را بهبود می بخشد. مقاومت در برابر محیط زیست: ساختار دو پوسته (مانند لایه بیرونی رسوب مگنترون) می تواند در برابر رطوبت ، فرسایش اسید و قلیایی مقاومت کند و عمر سرویس را طولانی تر کند.
حفاظت از محیط زیست و زیست سازگاری ایمنی: از مواد غیر سمی مانند کیتین بازسازی شده (RCH) و پلی اورتان ناشی از آب برای کاهش استفاده از سورفاکتانت ها (مانند فناوری امولسیون Pickering) استفاده می شود. عاری از آلدهید: به عنوان مثال ، موسسه پیشرفته ووهان میکروکپسول های بدون فرمالدئید/کمالدهید ، که مطابق با استانداردهای ایمنی نساجی هستند ، توسعه داده است.
--زمینه های اصلی برنامه های میکروکپسول PCM:
پارچه های کنترل دمای هوشمند نساجی و پوشاک:
Microcapsules are integrated into fibers through dipping, coating or spinning, and are used in sports underwear, cooling bedding, etc., with a contact cooling coefficient Qmax >0.3 (استاندارد ملی GB/T 352632017). لمینیت چند منظوره: خود مونتاژ با لایه برداری شعله (مانند پلی فسفات آمونیوم) به صورت لایه ای ، به پارچه پنبه عملکرد دوگانه تنظیم دما/مهار کننده شعله (مقدار LOI از 19.9 ٪ به 24.4 ٪ افزایش یافته است). دوام بهینه سازی شده: پس از بارگیری فیبر لیوکل با میکروکپسول های 20WT ٪ ، آنتالپی 20 شستشوی آب تنها 9 ٪ کاهش یافت.
بهره وری انرژی:
پانل های ملات و دیواره تغییر فاز: ملات سیمان مخلوط شده با میکروکپسول های کسری از حجم 40 ٪ می تواند دمای اوج دیوار را با 5.2 درجه کاهش دهد و انتقال حرارت را تا 145 دقیقه به تأخیر بیندازد ، به طور قابل توجهی عملکرد عایق حرارتی را بهبود بخشد.
3. مدیریت حرارتی دستگاه های الکترونیکی:
اتاق های بخار و فیلم های رسانا از نظر حرارتی: میکروکپسول های تقویت شده با گرافن (GNPS/PU@C22) برای اتلاف گرما از تراشه های 5G استفاده می شود و میزان افزایش دمای سطح را 157 ٪ افزایش می دهد (زمان افزایش دمای 10 درجه از 360s به 140s کوتاه می شود). کنترل حرارتی باتری: محفظه بخار تغییر فاز تعبیه شده برای تثبیت دمای کار ماژول باتری لیتیوم.
4. سیستم های PCM کامپوزیت:
کامپوزیت های مبتنی بر پلی اورتان: میکروکپسول ها با PCM جامد پلی اورتان پیچیده شده اند ، که نه تنها مقدار آنتالپی را بهبود می بخشد (مانند سیستم های مبتنی بر پلی اتیلن گلیکول) ، بلکه قدرت مکانیکی را نیز تقویت می کند ، که در سناریوهای کنترل دمای طولانی مدت (30-100 درجه) استفاده می شود.
انبساط عملکردی: میکروکپسول های سفارشی با دمای تغییر فاز مختلف (60-60 درجه) برای مدیریت حرارتی چند سطحی (به عنوان مثال ، خنک کننده محلی/گرمی کوسن های صندلی اتومبیل).