Os materiais de mudança de fase microencapsulados (PCM) são materiais funcionais estruturais do núcleo formados pela encapsulamento de materiais de mudança de fase (PCM) em micropolímeros ou conchas inorgânicas. Sua característica principal é absorver ou liberar o calor latente através do processo de mudança de fase (conversão sólida-líquido/sólido-sólido) para obter regulação da temperatura e armazenamento de energia térmica, enquanto o microencapsulação resolve os problemas de vazamento, corrosão e separação de fases do PCM tradicional.
A seguir, é apresentada uma análise sistemática de dois aspectos:
--Características centrais das microcápsulas 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%.
Desempenho térmico e estabilidade Baixa sub -resfriamento: a flutuação da temperatura durante o processo de mudança de fase é pequena (± 1-2 graus) para garantir o controle preciso da temperatura. Durabilidade do ciclo: após 200 ciclos quentes e frios, a taxa de retenção de entalpia> 95%. Aprimoramento da condutividade térmica: Ao adicionar preenchimentos condutivos termicamente, como grafeno (por exemplo, conchas híbridas de GNPS/RCH), a condutividade térmica é aumentada em 138% (até 0,65 W/(M · K)) e a resposta térmica é acelerada.
Resistência ao vazamento de estabilidade mecânica e química: A concha isola efetivamente o material do núcleo para evitar a reação com o substrato (por exemplo, cimento, têxteis) e melhora a tenacidade da parede da cápsula através do design de reticulação (por exemplo, acrílicos multifuncionais). Resistência ambiental: A estrutura de casca dupla (como a camada externa de deposição de pulverização por magnetron) pode resistir à umidade, erosão ácida e alcalina e prolongar a vida útil do serviço.
Biocompatibilidade de proteção e segurança ambiental: materiais não tóxicos, como quitina regenerada (RCH) e poliuretano transmitido por água, são usados para reduzir o uso de surfactantes (como a tecnologia de emulsão de pickering). Aldeído livre: por exemplo, o Wuhan Advanced Institute desenvolveu microcápsulas de formaldeído/baixo-aldeído, que atendem aos padrões de segurança têxtil.
--Principais campos de aplicação de microcápsulas PCM:
Têxteis e vestes Field Termature Control Fabrics:
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 (nacional nacional GB/T 352632017). Laminação multifuncional: montagem automática com retardadores de chama (como polifosfato de amônio) por camada, dando ao tecido de algodão a dupla função da regulação da temperatura/retardador de chama (o valor de LOI aumentou de 19,9% para 24,4%). Durabilidade otimizada: Após o carregamento da fibra de lyocell com microcápsulas de 20wt%, a entalpia de 20 lavagens de água foi reduzida em apenas 9%.
Construção de eficiência energética:
Montarra de fase e painéis de parede: argamassa de cimento misturadas com 40% de fração de volume de volume pode reduzir a temperatura de pico da parede em 5,2 graus e a transferência de calor de atraso em 145 minutos, melhorando significativamente o desempenho do isolamento térmico.
3. Gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos:
Câmaras de vapor e filmes térmicos condutores: microcápsulas aprimoradas por grafeno (GNPS/PU@C22) são usadas para dissipação de calor de chips 5G, aumentando a taxa de aumento da temperatura da superfície em 157% (o tempo de subida de 10 graus é reduzido de 360s para 140s). Controle térmico da bateria: Câmara de vapor de mudança de fase incorporada para estabilizar a temperatura de trabalho do módulo da bateria de lítio.
4. Sistemas PCM compostos:
Compostos à base de poliuretano: as microcápsulas são compostas com PCM sólido de poliuretano, o que não apenas melhora o valor de entalpia (como os sistemas baseados em polietileno glicol), mas também aprimora a resistência mecânica, usada em cenários de controle de temperatura de longo espaço (30 a 100 graus).
Expansão funcional: microcápsulas personalizadas com diferentes temperaturas de mudança de fase (10 a 60 graus) para gerenciamento térmico de vários níveis (por exemplo, resfriamento local/calor das almofadas de assento de carro).