PCM相變材料微膠囊的應(yīng)用

PCM微膠囊由于其獨(dú)特的性能，如（1）化學(xué)和熱穩(wěn)定，（2）更高的能量變化量，以及（3）合適的固-液相變，擴(kuò)展了PCM的應(yīng)用領(lǐng)域。PCM微膠囊為將液體和固體PCM與聚合物和其他結(jié)構(gòu)材料混合提供了可靠的方法，可降低毒性并保護(hù)核心材料免受環(huán)境影響。圖7顯示了PCM微膠囊的潛在應(yīng)用，我們將在本節(jié)中給出更多細(xì)節(jié)。

6.1.紡織品。

PCM微膠囊在紡織工業(yè)中的應(yīng)用是一個(gè)古老的話題，但一直吸引著研究人員的關(guān)注。例如，PCM微膠囊用于防止極端寒冷天氣下的戶外穿著，如雪衣、褲子、暖耳器、靴子和手套[15，141]，以提供極端寒冷天氣的額外保護(hù)。PCM微膠囊可涂覆在織物表面或嵌入纖維內(nèi)，以提高其儲(chǔ)熱能力（在特定溫度間隔下，與參考織物/纖維相比提高2.5-4.5倍）[115，141]。

Sarier等人指出，含銀納米顆粒的PCM微膠囊具有高熱穩(wěn)定性、高蓄熱能力、良好的耐久性和改善的導(dǎo)熱性。因此，該技術(shù)在紡織行業(yè)的應(yīng)用前景廣闊，如汽車和農(nóng)業(yè)用紡織品、運(yùn)動(dòng)服/防護(hù)服和醫(yī)用紡織品[132]。Nejman等人發(fā)現(xiàn)，通過印刷法獲得的改性織物具有最大的焓值和最低的透氣性，而填充法具有最小的焓值和最高的透氣性[142]。Scacchetti等人研究了通過殼聚糖-沸石復(fù)合物和PCMs微膠囊功能化的銀沸石棉的熱性能和抗菌性能[143]。EY建議使用殼聚糖沸石生產(chǎn)具有優(yōu)異抗菌和熱調(diào)節(jié)性能的紡織品。作為添加劑的PCM微膠囊改善了織物的熱舒適性和阻燃性能。結(jié)果表明，PCM微膠囊均勻地分布在織物基材上，并且耐反復(fù)洗滌[144，145]。此外，熱歷史測量結(jié)果支持了含PCM微膠囊織物的熱調(diào)節(jié)性能

6.2.泥漿。

PCM微膠囊的另一個(gè)有趣應(yīng)用是在漿料工業(yè)中。具有高潛熱的PCM微膠囊漿料由于其作為強(qiáng)化傳熱流體（HTF）和熱存儲(chǔ)介質(zhì)（TSM）的高熱率，已廣泛應(yīng)用于冷卻和加熱領(lǐng)域。PCM微膠囊漿料具有PCM懸浮液的所有優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)因外殼阻止PCMD微滴之間的接觸而產(chǎn)生聚結(jié)問題[146]。有許多關(guān)于PCM微膠囊熱/流變特性表征的研究和綜述[147–150]。使用傳熱系數(shù)、努塞爾數(shù)和壁溫直接和間接地反映了PCM微膠囊漿料的傳熱性能。

Song等人研究了PCM微膠囊漿料的層流傳熱，并證明傳熱系數(shù)隨著微膠囊的雷諾數(shù)和體積濃度的增加而增加[151]。Roberts等人比較了具有相同PCM含量的金屬涂層PCM微囊漿料與非金屬涂層PCM微膠囊漿料的傳熱性能[152]。觀察到傳熱系數(shù)和PCM微膠囊在漿料中引起壓降進(jìn)一步增加10%。Zhang和Niu研究了PCM微膠囊、泥漿儲(chǔ)存裝置和分層儲(chǔ)水箱的儲(chǔ)熱性能[153]。結(jié)果表明，PCM微膠囊漿料具有較高的熱儲(chǔ)存容量。Xu等人提出了采用Cu-Cu2O/CNT（碳納米管）作為殼及其分散漿料的PCM微膠囊，用于直接吸收太陽能集熱器[154]。指出，其高蓄熱能力和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能  。

6.3.建筑。

在建筑應(yīng)用中，PCM微膠囊可嵌入混凝土混合物、墻板、水泥砂漿、石膏、夾層板和樓板中，以滿足建筑對冷卻、加熱、空調(diào)、通風(fēng)、家用熱水系統(tǒng)和照明的能源需求[155]。事實(shí)上，混凝土是建筑中的主要建筑材料，在混凝土中嵌入PCM微膠囊可增強(qiáng)墻體的隔熱和隔音性能。Cabeza等人研究了一種具有PCM微膠囊的新型混凝土，以獲得優(yōu)異的熱性能[156]。表明，含有PCMmicrocapsules的混凝土墻具有更平滑的溫度和熱慣性，表明該技術(shù)可以促進(jìn)建筑節(jié)能。此外，在混凝土中添加PCM微膠囊可顯著提高整體機(jī)械阻力和硬度[157，158]。此外，PCM微膠囊的存在對水泥基復(fù)合物的干燥收縮沒有影響，PCMmicrocapsules的熱變形系數(shù)與殼材料相似[122]。Suet al.研究了納米二氧化硅水溶膠作為表面活性劑，用于制備用于建筑物熱能儲(chǔ)存的PCM微膠囊[159]。指出，納米二氧化硅水溶膠可以用作表面活性劑，用于改善PCMmicrocapsules的外殼完整性/核心材料含量，這對提高導(dǎo)熱性有額外的好處。Essid等人通過摻入PCM微膠囊研究了混凝土的抗壓強(qiáng)度和吸濕性能[160]。安永指出，使用混凝土和PCM微膠囊混合物作為結(jié)構(gòu)材料是完全安全的，盡管其抗壓強(qiáng)度較低，孔隙率高于純混凝土。PCM微膠囊也可以嵌入到建筑物的墻板、水泥砂漿、石膏、夾芯板和樓板中，以減少住宅和商業(yè)建筑部門的電力需求[161-166]。

6.4.泡沫。

在泡沫中應(yīng)用PCM微膠囊可以改善熱性能，尤其是隔熱性能。Borregero等人研究了含有PCM微膠囊的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，并表明硬質(zhì)聚氨酯泡沫的熱能儲(chǔ)存能力得到了提高[167]。Bonadies等人提出了含有PCM微膠囊的聚（乙烯醇）-（PVA）基泡沫的熱儲(chǔ)存和尺寸穩(wěn)定性[168]。ey指出，微膠囊影響吸水量和結(jié)晶域的形成，這影響分子內(nèi)和分子間氫鍵的數(shù)量，因?yàn)镻VA的幾個(gè)-OH基團(tuán)與微膠囊殼相互作用。Li等人提出了一種新的策略，用金屬泡沫中飽和的PCM微膠囊增強(qiáng)潛熱儲(chǔ)能[169]。與原始PCM模塊的表面溫度相比，隨著金屬泡沫熱導(dǎo)率的提高，PCM微膠囊/泡沫和PCM/泡沫復(fù)合模塊的表面溫分別從約90°C降至55°C和45°C。PCMmicrocapsule/泡沫復(fù)合材料解決了泄漏和低導(dǎo)熱性問題。此外，考慮了在過濾的非細(xì)胞金屬泡沫中使用PCM微囊增強(qiáng)熱管理[170]。對于純PCM微囊，PCM的低導(dǎo)熱性和PCM微囊之間的接觸熱阻導(dǎo)致表面溫度顯著升高和受熱面附近的巨大溫差。

6.5.其他。此外，PCM微膠囊還有其他潛在應(yīng)用，如太陽能到熱能存儲(chǔ)、電能到熱能存儲(chǔ)和生物醫(yī)學(xué)[114]。Zhang等人研究了太陽能驅(qū)動(dòng)的PCM微膠囊，該膠囊具有高效的Ti4O7納米轉(zhuǎn)換器，用于潛熱儲(chǔ)存[171]。表明，新型PCM微膠囊的太陽能吸收容量計(jì)算值高達(dá)88.28%，并且其光熱存儲(chǔ)效率thePCMs@SiO2/Ti4O7微膠囊的含量高達(dá)85.36%，而純PCMs的含量為24.14%。Zheng等人提出了一種ajoule加熱系統(tǒng)，通過插入高導(dǎo)電和穩(wěn)定的PCMs微膠囊來減少周圍電熱系統(tǒng)的對流換熱[172]。表明，即使在較低的電壓和環(huán)境溫度下，裝載5%的PCMs mi微囊，工作溫度也可以提高30%。Zhang等人開發(fā)了用于滅菌的多功能PCMs微膠囊[173]。發(fā)現(xiàn)它具有很高的抗菌活性，尤其是對大腸桿菌S。金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和含2小時(shí)PCM微囊的抗菌效果分別被抑制高達(dá)64.6%、99.1%和95.9%