本文翻譯自 Phase Change Material (PCM) Microcapsules for ThermalEnergy Storage。
近年來(lái)，隨著周?chē)h(huán)境的變化，微囊化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。微膠囊技術(shù)還可以為基于PCM的熱存儲(chǔ)提供高熱穩(wěn)定性、相對(duì)恒定的體積和大的傳熱面積。殼材料在所生產(chǎn)微囊的形態(tài)、機(jī)械性能和熱性能中起著重要作用，并可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)分為三類(lèi)：有機(jī)、無(wú)機(jī)和有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料。
3.1.有機(jī)外殼。
有機(jī)殼材料通常由天然和合成聚合物材料組成，具有良好的密封性能、良好的結(jié)構(gòu)柔性和出色的抗相變體積變化能力。常用的有機(jī)外殼材料包括三聚氰胺-甲醛（MF）樹(shù)脂、脲醛（UF）樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂。MF樹(shù)脂具有成本低、化學(xué)相容性好和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。Mohaddes等人成功地將MF用作包封正二十烷的殼材料，并將這種微膠囊應(yīng)用于紡織品。DSC結(jié)果表明，MF基微膠囊的熔融潛熱和結(jié)晶潛熱分別為166.6J/g和162.4J/g。摻有這種微膠囊的織物表現(xiàn)出較低的熱延遲效率和較高的溫度調(diào)節(jié)能力。
在丙烯酸樹(shù)脂組中，甲基丙烯酸酯共聚物具有無(wú)毒、易于制備、良好的熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性。Alkan等人報(bào)道，用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）殼微膠囊化的正二十烷具有良好的熱穩(wěn)定性。在熱失重分析（TGA）試驗(yàn)期間，這是一個(gè)三步降解過(guò)程，在5000次循環(huán)DSC試驗(yàn)后，相變溫度基本保持不變。Ma等人使用聚（甲基丙烯酸甲酯-共二乙烯基苯）（P（MMA-co-DVB））共聚物作為殼材料，成功地封裝了二元核心材料，即硬脂酸丁酯和對(duì)苯二甲酸酯。制備的微膠囊具有緊湊的表面和規(guī)則的球形形狀，相對(duì)均勻的尺寸為5-10μm。
此外，這種微膠囊的相變溫度可以通過(guò)控制硬脂酸丁酯與對(duì)位n的比例來(lái)調(diào)節(jié)。王等人準(zhǔn)備了capricacid@UF通過(guò)添加不同含量的氧化石墨烯（GO）來(lái)研究GO對(duì)微膠囊熱性能的影響[57]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GO含量為0.6%的微膠囊的最高焓為109.60J/g，en包封率為60.7%。通過(guò)添加更多的GO，熱導(dǎo)率也顯著提高。此外，含有GO的微膠囊比不含GO的微囊表面更光滑。
3.2.無(wú)機(jī)外殼。
由于聚合物殼材料的易彎曲性、低導(dǎo)熱性和較差的機(jī)械性能[69]，在某些情況下，具有有機(jī)殼的微膠囊的應(yīng)用具有局限性。近年來(lái)，無(wú)機(jī)材料逐漸被用作制備微膠囊的殼材料。與有機(jī)材料相比，無(wú)機(jī)外殼通常具有更高的剛性、更高的機(jī)械強(qiáng)度和更好的導(dǎo)熱性[52]。二氧化硅（SiO2）[70-72]、氧化鋅（ZnO）[73、74]、二氧化鈦（TiO2）[75-77]和碳酸鈣（CaCO3）[78-80]通常用于無(wú)機(jī)外殼材料。
高導(dǎo)熱性、電阻和易于制備的優(yōu)點(diǎn)使二氧化硅成為相變材料之一有機(jī)-無(wú)機(jī)共晶石蠟金屬化合物無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)金屬合金脂肪酸鹽酸鹽無(wú)機(jī)-有機(jī)鹽共醇圖1：相變材料分類(lèi)（PCMs）。殼材料有機(jī)二氧化硅（SiO2）氧化鋅（ZnO）二氧化鈦（TiO2）…PMMA-SiO2PMMA-TiO2 PMF-SiC…無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)雜化樹(shù)脂樹(shù)脂…圖2：多晶聚合物微膠囊殼材料。聚合物技術(shù)進(jìn)展3
最常用的外殼材料。二氧化硅通常用于微膠囊化有機(jī)對(duì)苯二甲酸蠟[78,81]、無(wú)機(jī)水合鹽[71,82–84]和脂肪酸[85,86]。Liang等人使用二氧化硅作為殼材料，正十八烷作為核心材料，通過(guò)四乙氧基硅烷（TEOS）在細(xì)乳液中的界面水解和縮聚制備納米膠囊[87]。e測(cè)量到這種納米膠囊的導(dǎo)熱性高于0.4wm?1K?1.熔融焓和包封率分別達(dá)到109.5J/g和51.5%。經(jīng)過(guò)500次熱循環(huán)后，納米膠囊的焓幾乎保持不變，未觀察到泄漏。
二氧化硅殼的合成通常需要四乙氧基硅烷（TEOS）作為二氧化硅前體。然而，正硅酸乙酯的水解和縮聚可能導(dǎo)致硅殼不夠致密，并具有相對(duì)較弱的機(jī)械強(qiáng)度[88]。與硅殼相比，CaCO3殼具有更高的剛性和更好的致密性。Yu等人利用CaCO3殼通過(guò)自組裝方法封裝正十八烷[88]。所得微膠囊呈球形，均勻直徑約5μm，具有良好的導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性、抗?jié)B透性和耐久性。
結(jié)晶金屬氧化物，如ZnO和TiO2，具有多功能特性，包括催化、光化學(xué)和抗菌特性。通常用作殼材料，以獲得具有一些有趣特性的PCM微膠囊。Li等人采用ZnO作為殼材料，正二十烷作為核心材料，合成了具有潛熱儲(chǔ)存、光催化和抗菌性能的多功能微膠囊[73]。微膠囊的熱性能取決于正二十烷與Zn（CH3COO）22H2O的比例。在Liu等人的研究中，TiO2殼用于通過(guò)面間縮聚然后浸漬ZnO來(lái)封裝正二十烷[89]。所獲得的微膠囊具有熱儲(chǔ)存和光催化能力。熔融溫度和相應(yīng)的潛熱分別為41.76℃和188.27 J/g。
3.3.有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化殼。
為了克服有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的缺點(diǎn)并結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，研究人員已經(jīng)開(kāi)始將有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化殼轉(zhuǎn)化為微膠囊化多晶聚合物。在有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化殼中，無(wú)機(jī)材料可以增強(qiáng)機(jī)械剛度、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性，而有機(jī)材料具有結(jié)構(gòu)柔性[52]。由聚合物（如PMMA和PMF）形成并摻雜SiO2或TiO2的殼廣泛用于封裝多晶聚合物[90–93]。
Wang等人通過(guò)光固化和乳液聚合合成了具有PMMA-二氧化硅雜化殼的正十八烷微膠囊[94]。產(chǎn)生的微囊具有良好的形態(tài)，顆粒大小在5μm至15μm之間。當(dāng)MMA與正十八烷的重量比為1:1時(shí)，制備的微膠囊表現(xiàn)出最高的包封效率，為62.55%。Zhao等人以正十八烷為核，以TiO2為雜化殼，成功制備了雙功能微膠囊[95]。研究發(fā)現(xiàn)，增加TiO2可以提高微膠囊的熱導(dǎo)率，但會(huì)降低焓和封裝效率。含6%TiO2的微膠囊的初始降解溫度達(dá)到228.4℃，表明微膠囊具有良好的熱穩(wěn)定性。Wang等人通過(guò)原位聚合合成了由正十八烷核和聚（三聚氰胺甲醛）/碳化硅（PMF/SiC）雜化殼組成的多功能微膠囊[91]。微膠囊呈規(guī)則球形。與不含碳化硅的微膠囊相比，含7%碳化硅微膠囊的傳熱率顯著提高，導(dǎo)熱系數(shù)提高了60.34%
