PCM相變材料微膠囊的應用

PCM微膠囊由于其獨特的性能，如（1）化學和熱穩(wěn)定，（2）更高的能量變化量，以及（3）合適的固-液相變，擴展了PCM的應用領(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，可降低毒性并保護核心材料免受環(huán)境影響。圖7顯示了PCM微膠囊的潛在應用，我們將在本節(jié)中給出更多細節(jié)。

6.1.紡織品。

PCM微膠囊在紡織工業(yè)中的應用是一個古老的話題，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。PCM微膠囊可涂覆在織物表面或嵌入纖維內(nèi)，以提高其儲熱能力（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熱性。因此，該技術(shù)在紡織行業(yè)的應用前景廣闊，如汽車和農(nóng)業(yè)用紡織品、運動服/防護服和醫(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微膠囊的另一個有趣應用是在漿料工業(yè)中。具有高潛熱的PCM微膠囊漿料由于其作為強化傳熱流體（HTF）和熱存儲介質(zhì)（TSM）的高熱率，已廣泛應用于冷卻和加熱領(lǐng)域。PCM微膠囊漿料具有PCM懸浮液的所有優(yōu)點，不會因外殼阻止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一步增加10%。Zhang和Niu研究了PCM微膠囊、泥漿儲存裝置和分層儲水箱的儲熱性能[153]。結(jié)果表明，PCM微膠囊漿料具有較高的熱儲存容量。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、家用熱水系統(tǒng)和照明的能源需求[155]。事實上，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械阻力和硬度[157，158]。此外，PCM微膠囊的存在對水泥基復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，因為PVA的幾個-OH基團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微膠囊增強潛熱儲能[169]。與原始PCM模塊的表面溫度相比，隨著金屬泡沫熱導率的提高，PCM微膠囊/泡沫和PCM/泡沫復合模塊的表面溫分別從約90°C降至55°C和45°C。PCMmicrocapsule/泡沫復合材料解決了泄漏和低導熱性問題。此外，考慮了在過濾的非細胞金屬泡沫中使用PCM微囊增強熱管理[170]。對于純PCM微囊，PCM的低導熱性和PCM微囊之間的接觸熱阻導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用，如太陽能到熱能存儲、電能到熱能存儲和生物醫(yī)學[114]。Zhang等人研究了太陽能驅(qū)動的PCM微膠囊，該膠囊具有高效的Ti4O7納米轉(zhuǎn)換器，用于潛熱儲存[171]。表明，新型PCM微膠囊的太陽能吸收容量計算值高達88.28%，并且其光熱存儲效率thePCMs@SiO2/Ti4O7微膠囊的含量高達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PCM微囊的抗菌效果分別被抑制高達64.6%、99.1%和95.9%