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PCM相变材料微胶囊的应用

2022-8-18T9:14:07 阅读量:1663

PCM微胶囊由于其独特的性能,如(1)化学和热稳定,(2)更高的能量变化量,以及(3)合适的固-液相变,扩展了PCM的应用领域。PCM微胶囊为将液体和固体PCM与聚合物和其他结构材料混合提供了可靠的方法,可降低毒性并保护核心材料免受环境影响。图7显示了PCM微胶囊的潜在应用,我们将在本节中给出更多细节。


6.1.纺织品。

PCM微胶囊在纺织工业中的应用是一个古老的话题,但一直吸引着研究人员的关注。例如,PCM微胶囊用于防止极端寒冷天气下的户外穿着,如雪衣、裤子、暖耳器、靴子和手套[15,141],以提供极端寒冷天气的额外保护。PCM微胶囊可涂覆在织物表面或嵌入纤维内,以提高其储热能力(在特定温度间隔下,与参考织物/纤维相比提高2.5-4.5倍)[115,141]。

Sarier等人指出,含银纳米颗粒的PCM微胶囊具有高热稳定性、高蓄热能力、良好的耐久性和改善的导热性。因此,该技术在纺织行业的应用前景广阔,如汽车和农业用纺织品、运动服/防护服和医用纺织品[132]。Nejman等人发现,通过印刷法获得的改性织物具有最大的焓值和最低的透气性,而填充法具有最小的焓值和最高的透气性[142]。Scacchetti等人研究了通过壳聚糖-沸石复合物和PCMs微胶囊功能化的银沸石棉的热性能和抗菌性能[143]。EY建议使用壳聚糖沸石生产具有优异抗菌和热调节性能的纺织品。作为添加剂的PCM微胶囊改善了织物的热舒适性和阻燃性能。结果表明,PCM微胶囊均匀地分布在织物基材上,并且耐反复洗涤[144,145]。此外,热历史测量结果支持了含PCM微胶囊织物的热调节性能



6.2.泥浆。

PCM微胶囊的另一个有趣应用是在浆料工业中。具有高潜热的PCM微胶囊浆料由于其作为强化传热流体(HTF)和热存储介质(TSM)的高热率,已广泛应用于冷却和加热领域。PCM微胶囊浆料具有PCM悬浮液的所有优点,不会因外壳阻止PCMD微滴之间的接触而产生聚结问题[146]。有许多关于PCM微胶囊热/流变特性表征的研究和综述[147–150]。使用传热系数、努塞尔数和壁温直接和间接地反映了PCM微胶囊浆料的传热性能。

Song等人研究了PCM微胶囊浆料的层流传热,并证明传热系数随着微胶囊的雷诺数和体积浓度的增加而增加[151]。Roberts等人比较了具有相同PCM含量的金属涂层PCM微囊浆料与非金属涂层PCM微胶囊浆料的传热性能[152]。观察到传热系数和PCM微胶囊在浆料中引起压降进一步增加10%。Zhang和Niu研究了PCM微胶囊、泥浆储存装置和分层储水箱的储热性能[153]。结果表明,PCM微胶囊浆料具有较高的热储存容量。Xu等人提出了采用Cu-Cu2O/CNT(碳纳米管)作为壳及其分散浆料的PCM微胶囊,用于直接吸收太阳能集热器[154]。指出,其高蓄热能力和优异的光热转换性能  。



6.3.建筑。

在建筑应用中,PCM微胶囊可嵌入混凝土混合物、墙板、水泥砂浆、石膏、夹层板和楼板中,以满足建筑对冷却、加热、空调、通风、家用热水系统和照明的能源需求[155]。事实上,混凝土是建筑中的主要建筑材料,在混凝土中嵌入PCM微胶囊可增强墙体的隔热和隔音性能。Cabeza等人研究了一种具有PCM微胶囊的新型混凝土,以获得优异的热性能[156]。表明,含有PCMmicrocapsules的混凝土墙具有更平滑的温度和热惯性,表明该技术可以促进建筑节能。此外,在混凝土中添加PCM微胶囊可显著提高整体机械阻力和硬度[157,158]。此外,PCM微胶囊的存在对水泥基复合物的干燥收缩没有影响,PCMmicrocapsules的热变形系数与壳材料相似[122]。Suet al.研究了纳米二氧化硅水溶胶作为表面活性剂,用于制备用于建筑物热能储存的PCM微胶囊[159]。指出,纳米二氧化硅水溶胶可以用作表面活性剂,用于改善PCMmicrocapsules的外壳完整性/核心材料含量,这对提高导热性有额外的好处。Essid等人通过掺入PCM微胶囊研究了混凝土的抗压强度和吸湿性能[160]。安永指出,使用混凝土和PCM微胶囊混合物作为结构材料是完全安全的,尽管其抗压强度较低,孔隙率高于纯混凝土。PCM微胶囊也可以嵌入到建筑物的墙板、水泥砂浆、石膏、夹芯板和楼板中,以减少住宅和商业建筑部门的电力需求[161-166]。



6.4.泡沫。

在泡沫中应用PCM微胶囊可以改善热性能,尤其是隔热性能。Borregero等人研究了含有PCM微胶囊的硬质聚氨酯泡沫,并表明硬质聚氨酯泡沫的热能储存能力得到了提高[167]。Bonadies等人提出了含有PCM微胶囊的聚(乙烯醇)-(PVA)基泡沫的热储存和尺寸稳定性[168]。ey指出,微胶囊影响吸水量和结晶域的形成,这影响分子内和分子间氢键的数量,因为PVA的几个-OH基团与微胶囊壳相互作用。Li等人提出了一种新的策略,用金属泡沫中饱和的PCM微胶囊增强潜热储能[169]。与原始PCM模块的表面温度相比,随着金属泡沫热导率的提高,PCM微胶囊/泡沫和PCM/泡沫复合模块的表面温分别从约90°C降至55°C和45°C。PCMmicrocapsule/泡沫复合材料解决了泄漏和低导热性问题。此外,考虑了在过滤的非细胞金属泡沫中使用PCM微囊增强热管理[170]。对于纯PCM微囊,PCM的低导热性和PCM微囊之间的接触热阻导致表面温度显著升高和受热面附近的巨大温差。


6.5.其他。此外,PCM微胶囊还有其他潜在应用,如太阳能到热能存储、电能到热能存储和生物医学[114]。Zhang等人研究了太阳能驱动的PCM微胶囊,该胶囊具有高效的Ti4O7纳米转换器,用于潜热储存[171]。表明,新型PCM微胶囊的太阳能吸收容量计算值高达88.28%,并且其光热存储效率thePCMs@SiO2/Ti4O7微胶囊的含量高达85.36%,而纯PCMs的含量为24.14%。Zheng等人提出了一种ajoule加热系统,通过插入高导电和稳定的PCMs微胶囊来减少周围电热系统的对流换热[172]。表明,即使在较低的电压和环境温度下,装载5%的PCMs mi微囊,工作温度也可以提高30%。Zhang等人开发了用于灭菌的多功能PCMs微胶囊[173]。发现它具有很高的抗菌活性,尤其是对大肠杆菌S。金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和含2小时PCM微囊的抗菌效果分别被抑制高达64.6%、99.1%和95.9%


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