Материалы с фазовым переходом (PCM) широко используются главным образом потому, что они предоставляют уникальные и эффективные решения в области управления энергопотреблением, контроля температуры и защиты окружающей среды.Ниже приводится подробное объяснение основных причин использования материалов с фазовым переходом:
1. Эффективное хранение энергии
Материалы с фазовым переходом могут поглощать или выделять большое количество тепловой энергии во время процесса фазового перехода.Эта характеристика делает их эффективными носителями тепловой энергии.Например, при достаточном солнечном излучении в течение дня материалы с фазовым переходом могут поглощать и хранить тепловую энергию;Ночью или в холодную погоду эти материалы могут выделять накопленную тепловую энергию для поддержания тепла в окружающей среде.
2. Стабильный контроль температуры
В точке фазового перехода материалы с фазовым переходом могут поглощать или выделять тепло при почти постоянных температурах.Это делает PCM очень подходящими для применений, требующих точного контроля температуры, таких как транспортировка фармацевтических препаратов, управление температурным режимом электронных устройств и регулирование температуры внутри зданий.В этих приложениях материалы с фазовым переходом помогают снизить потребление энергии и повысить общую эффективность системы.
3. Повышение энергоэффективности и снижение энергопотребления.
В области архитектуры интеграция материалов с фазовым переходом в строительные конструкции может значительно повысить энергоэффективность.Эти материалы способны поглощать избыточное тепло в течение дня, снижая нагрузку на кондиционирование воздуха;Ночью он выделяет тепло и снижает потребность в отоплении.Эта естественная функция терморегуляции снижает зависимость от традиционного оборудования для отопления и охлаждения, тем самым снижая потребление энергии.
4. Экологичность
Материалы с фазовым переходом в основном состоят из органических материалов или неорганических солей, большинство из которых экологически безопасны и пригодны для вторичной переработки.Использование ПКМ может помочь сократить выбросы парниковых газов и потребление ископаемого топлива, способствуя защите окружающей среды и достижению целей устойчивого развития.
5. Повышение производительности и комфорта продукта.
Использование материалов с фазовым переходом в потребительских товарах, таких как одежда, матрасы или мебель, может обеспечить дополнительный комфорт.Например, использование ПКМ в одежде позволяет регулировать температуру в соответствии с изменениями температуры тела, поддерживая комфортную температуру для пользователя.Использование его в матрасе может обеспечить более идеальную температуру сна ночью.
6. Гибкость и адаптируемость
Материалы с фазовым переходом могут иметь различные формы и размеры для удовлетворения различных требований применения.Их можно превратить в частицы, пленки или интегрировать в другие материалы, такие как бетон или пластик, что обеспечивает высокую степень гибкости и адаптируемости для использования.
7. Увеличение экономических выгод
Хотя первоначальные инвестиции в материалы с фазовым переходом могут быть высокими, их долгосрочные преимущества в повышении энергоэффективности и снижении эксплуатационных расходов значительны.Снижая зависимость от традиционной энергии, материалы с фазовым переходом могут помочь снизить затраты на энергию и обеспечить экономическую отдачу.
Таким образом, использование материалов с фазовым переходом может обеспечить эффективные решения по управлению температурным режимом, повысить функциональность и комфорт продукта, а также способствовать устойчивому развитию.
Несколько основных классификаций и соответствующие им характеристики материалов с фазовым переходом.
Материалы с фазовым переходом (PCM) можно разделить на несколько категорий в зависимости от их химического состава и характеристик фазового перехода, каждая из которых имеет определенные преимущества и ограничения применения.Эти материалы в основном включают органические ПКМ, неорганические ПКМ, ПКМ на биологической основе и композитные ПКМ.Ниже приводится подробное описание характеристик каждого типа материала с фазовым переходом:
1. Органические материалы с фазовым переходом.
Органические материалы с фазовым переходом в основном включают два типа: парафин и жирные кислоты.
-Парафин:
-Особенности: высокая химическая стабильность, хорошая возможность повторного использования и легкая регулировка температуры плавления путем изменения длины молекулярных цепей.
-Недостаток: теплопроводность низкая, и может потребоваться добавление теплопроводящих материалов для улучшения скорости теплового отклика.
-Жирные кислоты:
-Особенности: он имеет более высокую скрытую теплоту, чем парафин, и широкий диапазон температур плавления, подходит для различных температурных требований.
-Недостатки: некоторые жирные кислоты могут подвергаться разделению фаз и стоят дороже, чем парафин.
2. Неорганические материалы с фазовым переходом.
Неорганические материалы с фазовым переходом включают солевые растворы и соли металлов.
-Раствор соленой воды:
-Особенности: хорошая термическая стабильность, высокая скрытая теплота и низкая стоимость.
-Недостатки: во время замораживания может произойти расслоение, и он вызывает коррозию, требующую тарных материалов.
-Соли металлов:
-Особенности: Высокая температура фазового перехода, подходит для высокотемпературного хранения тепловой энергии.
-Недостатки: также возникают проблемы с коррозией и ухудшением характеристик из-за многократного плавления и затвердевания.
3. Материалы с фазовым переходом на биологической основе.
Материалы с фазовым переходом на биологической основе представляют собой PCM, извлеченные из природы или синтезированные с помощью биотехнологии.
-Функции:
-Экологически чистый, биоразлагаемый, не содержащий вредных веществ, отвечающий потребностям устойчивого развития.
-Его можно извлечь из растительного или животного сырья, такого как растительное масло и животный жир.
-Недостатки:
-Могут возникнуть проблемы с высокими затратами и ограничениями источников.
-Термическая стабильность и теплопроводность ниже, чем у традиционных PCM, и может потребоваться модификация или поддержка композитного материала.
4. Композитные материалы с фазовым переходом.
Композитные материалы с фазовым переходом объединяют ПКМ с другими материалами (такими как теплопроводящие материалы, материалы-подложки и т. д.) для улучшения определенных свойств существующих ПКМ.
-Функции:
-В сочетании с материалами с высокой теплопроводностью можно значительно улучшить скорость термического реагирования и термическую стабильность.
-Может быть выполнена настройка в соответствии с конкретными требованиями применения, такими как повышение механической прочности или улучшение термической стабильности.
-Недостатки:
-Процесс подготовки может быть сложным и дорогостоящим.
-Требуется точное соответствие материалов и технологий обработки.
Каждый из этих материалов с фазовым переходом имеет свои уникальные преимущества и сценарии применения.Выбор подходящего типа PCM обычно зависит от температурных требований конкретного применения, бюджета затрат, соображений воздействия на окружающую среду и ожидаемого срока службы.С углублением исследований и развитием технологий разработка материалов с фазовым переходом
Ожидается, что сфера применения будет и дальше расширяться, особенно в области хранения энергии и управления температурой.
В чем разница между органическими материалами с фазовым переходом и материалами с бесконечным фазовым переходом?
Материалы с органическим фазовым переходом, ПКМ и неорганические материалы с фазовым переходом — это технологии, используемые для хранения энергии и контроля температуры, которые поглощают или выделяют тепло путем преобразования между твердым и жидким состояниями.Каждый из этих двух типов материалов имеет свои особенности и области применения, и ниже приведены некоторые основные различия между ними:
1. Химический состав:
-Органические материалы с фазовым переходом: в основном включая парафин и жирные кислоты.Эти материалы обычно обладают хорошей химической стабильностью и не разлагаются в процессах плавления и затвердевания.
-Неорганические материалы с фазовым переходом: включая солевые растворы, металлы и соли.Этот тип материала имеет широкий диапазон температур плавления, и подходящую точку плавления можно выбрать в соответствии с потребностями.
2. Тепловые характеристики:
-Материалы с органическим фазовым переходом: обычно имеют более низкую теплопроводность, но более высокую скрытую теплоту во время плавления и затвердевания, что означает, что они могут поглощать или выделять большое количество тепла во время фазового перехода.
-Неорганические материалы с фазовым переходом. Напротив, эти материалы обычно имеют более высокую теплопроводность, что обеспечивает более быструю передачу тепла, но их скрытое тепло может быть ниже, чем у органических материалов.
3. Стабильность цикла:
-Материалы с органическим фазовым переходом: обладают хорошей циклической стабильностью и могут выдерживать многочисленные процессы плавления и затвердевания без значительного ухудшения или изменения характеристик.
-Неорганические материалы с фазовым переходом: могут проявлять некоторое разложение или ухудшение характеристик после нескольких термических циклов, особенно те материалы, которые склонны к кристаллизации.
4. Стоимость и доступность:
-Материалы с органическим фазовым переходом: они обычно дороги, но из-за их стабильности и эффективности стоимость их долгосрочного использования может быть относительно низкой.
-Неорганические материалы с фазовым переходом: эти материалы обычно недороги и их легко производить в больших масштабах, но могут требовать более частой замены или обслуживания.
5. Области применения:
-Материалы с органическим фазовым переходом: благодаря своей стабильности и хорошим химическим свойствам они часто используются для регулирования температуры в зданиях, одежде, постельных принадлежностях и других областях.
-Неорганические материалы с фазовым переходом: обычно используются в промышленных приложениях, таких как системы хранения тепловой энергии и рекуперации отходящего тепла, которые могут использовать их высокую теплопроводность и диапазон температур плавления.
Таким образом, при выборе органических или неорганических материалов с фазовым переходом необходимо учитывать такие факторы, как конкретные требования применения, бюджет и ожидаемые тепловые характеристики.Каждый материал имеет свои уникальные преимущества и ограничения, подходящие для различных сценариев применения.
Время публикации: 28 мая 2024 г.