高效调节建筑物室内温度 TAMU开发可3D打印的新型相变复合材料 

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发布时间: 2021-07-14 08:45
考虑到加热与冷却系统消耗了的相当多的能量,基于被动式温度控制的减排方案,也被研究人员寄予了相当高的期望。近日,德克萨斯农工大学的一支研究团队,就在材料学旗舰期刊《Matter》上发表了一篇文章,以介绍该校工程师新开发的一种能够 3D 打印的相变复合材料。
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  (图片来自:TAMU)

  相变材料(简称 PCM)的特点,是能够随着温度的变化,而切换不同的物质形态。而其最具前景的应用场景之一,就包括了建筑物的温度调节。
  比如 PCM 材料可在吸收热量时熔化成液体,并为周围环境提供冷却。而当环境温度过低的时候,材料又会再次凝固,并释放之前已储存的热量。

  此前,已有研究人员将 PCM 材料用于保持咖啡杯中的热饮温度、根据佩戴者的需要而保持织物的温暖或凉爽、防止结霜的液体涂层等。
  不过此类新奇应用,普遍效率低下且成本高昂。因为它们需要一个外壳来容纳液态的相变材料,这意味着需要将 PCM 颗粒嵌入到建筑材料中,所以现实中很难见到、更别提大规模推广。

  有趣的是,德克萨斯农工大学的研究团队,就希望将 PCM 直接混合到建筑材料中。具体说来是,他们将作为相变材料的石蜡、和作为支撑结构的液态树脂混合,从而创造出了一种能够根据需要进行成型的柔软糊状材料。

  一旦达到所需的形状,即可使用紫外线固化以硬化树脂。最终我们看到了一种坚固到足以用于建筑的材料,且里面含有 PCM 的封装。
  在免除了外壳之后,相变材料就能更密集地被囊括于其中(占材料总量的 63%),进而提升了其调节环境温度的能力。
  更重要的是,这种材料现可更轻松地批量生产。柔软的特性,意味着它能够作为 3D 打印耗材,然后根据实际需求制成任意形状或尺寸、且成本远低于其它 PCM 建筑材料。

  研究作者 Emily Pentzer 博士表示:“借助可扩展非方法,将相变材料集成到建筑材料中的能力,为其在新建筑和现有结构中发挥更大的被动式温度调节能力而创造了机会”。

  作为演示,研究团队打印并固化了一个小型空心房屋模型。当模型被置于烤箱中时,中空的内部较外部环境温度低了 40% 。此外经过 200 次熔化 / 凝固循环,也几乎没有出现相变材料的泄露。

  有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《Matter》期刊上,原标题为《Thermal energy regulation with 3D printed polymer-phase change material composites》。

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