Els materials de canvi de fase microencapsulats (PCM) són materials funcionals estructurals de closca nucli formats per encapsulació de materials de canvi de fase (PCM) en micropolímers o closques inorgàniques. La seva característica bàsica és absorbir o alliberar la calor latent mitjançant el procés de canvi de fase (conversió de sòlid-líquid/sòlid) per aconseguir la regulació de la temperatura i l’emmagatzematge d’energia tèrmica, mentre que la microencapsulació soluciona els problemes de separació de fuites, corrosió i fase del PCM tradicional.
A continuació es mostra una anàlisi sistemàtica de dos aspectes:
--Característiques bàsiques de les microcàpsules 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%.
Rendiment tèrmic i estabilitat Subcooling baix: La fluctuació de la temperatura durant el procés de canvi de fase és petita (± 1-2 grau) per assegurar un control de temperatura precís. Durabilitat del cicle: després de 200 cicles calents i freds, la taxa de retenció d’entalpia> 95%. Millora de la conductivitat tèrmica: afegint càrregues conductives tèrmicament com el grafè (per exemple, les closques híbrides GNP/RCH), la conductivitat tèrmica s’incrementa un 138% (fins a 0,65 W/(M · K) i la resposta tèrmica s’accelera.
Resistència a la fuga d’estabilitat mecànica i química: la closca aïlla efectivament el material del nucli per evitar la reacció amb el substrat (per exemple, ciment, tèxtils) i millora la duresa de la paret de la càpsula mitjançant un disseny de reticulació (per exemple, acrilats multifuncionals). Resistència ambiental: l'estructura de doble closca (com la capa exterior de la deposició de magnetrons) pot resistir la humitat, l'àcid i l'erosió alcalí i allargar la vida útil.
Biocompatibilitat de protecció i seguretat ambiental: s’utilitzen materials no tòxics com la quitina regenerada (RCH) i el poliuretà a l’aigua per reduir l’ús de tensioactius (com la tecnologia d’emulsió de Pickering). Sense aldehid: per exemple, Wuhan Advanced Institute ha desenvolupat microcàpsules sense formaldehid/baix aldehid, que compleixen els estàndards de seguretat tèxtil.
--Camps d'aplicació principals de microcàpsules PCM:
Camp tèxtil i de roba Teixits de control de temperatura intel·ligents:
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 (National Standard GB/T 352632017). Laminació multifuncional: Autoassemblatge amb retardants de flama (com el polifosfat d'amoni) per capa, donant al teixit de cotó la doble funció de la regulació de la temperatura/retardant de la flama (el valor LOI va augmentar del 19,9% al 24,4%). Durabilitat optimitzada: després de la càrrega de fibra de lyocell amb microcàpsules del 20WT%, l'entalpia de 20 rentats d'aigua es va reduir només en un 9%.
Eficiència energètica de construcció:
Panells de morter i paret de canvi de fase: morter de ciment barrejat amb microcàpsules de fracció de volum del 40% pot reduir la temperatura màxima de la paret per 5,2 graus i retardar la transferència de calor durant 145 minuts, millorant significativament el rendiment d’aïllament tèrmic. Materials.
3. Gestió tèrmica dels dispositius electrònics:
Les cambres de vapor i les pel·lícules conductores tèrmicament: les microcàpsules millorades en grafè (GNP/PU@C22) s’utilitzen per a la dissipació de calor de 5G xips, augmentant la taxa de pujada de la temperatura superficial un 157% (el temps de pujada de la temperatura de 10 graus s’escurça de 360 a 140s). Control tèrmic de la bateria: canvi de fase incrustada Cambra de vapor per estabilitzar la temperatura de treball del mòdul de la bateria de liti.
4. Sistemes PCM compostos:
Composites basats en poliuretà: les microcàpsules es componen amb PCM sòlid de poliuretà, que no només millora el valor d’entalpia (com els sistemes basats en polietilenglicol), sinó que també millora la resistència mecànica, que s’utilitza en escenaris de control de temperatura de llarga durada (30–100 graus).
Expansió funcional: microcàpsules personalitzades amb diferents temperatures de canvi de fase (10-60 graus) per a la gestió tèrmica de diversos nivells (per exemple, refrigeració local/calor dels coixins del seient del cotxe).