Los materiales de cambio de fase microencapsulados (PCM) son materiales funcionales estructurales de núcleo formados por los materiales de cambio de fase encapsulación (PCM) en micropolímeros o capas inorgánicas. Su característica central es absorber o liberar el calor latente a través del proceso de cambio de fase (conversión de líquido sólido/sólido) para lograr la regulación de la temperatura y el almacenamiento de energía térmica, mientras que la microencapsulación resuelve los problemas de fuga, corrosión y separación de fases de PCM tradicional.
El siguiente es un análisis sistemático de dos aspectos:
--Características del núcleo de las 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%.
Rendimiento térmico y estabilidad Subcoolación baja: la fluctuación de temperatura durante el proceso de cambio de fase es pequeño (± 1–2 grados) para garantizar un control de temperatura preciso. Durabilidad del ciclo: después de 200 ciclos de calor y frío, la tasa de retención de entalpía> 95%. Mejora de la conductividad térmica: al agregar rellenos térmicamente conductores como grafeno (p. Ej., GNPS/RCH híbridos), la conductividad térmica aumenta en un 138% (hasta 0.65 w/(m · k)) y la respuesta térmica se acelera.
Resistencia de fuga de estabilidad mecánica y química: la cubierta aísla efectivamente el material del núcleo para evitar la reacción con el sustrato (p. Ej., Cemento, textiles), y mejora la tenacidad de la pared de la cápsula a través del diseño de reticulación (p. Ej., Acrilatos multifuncionales). Resistencia ambiental: la estructura de doble caparazón (como la capa externa de depósito de pulverización de magnetrón) puede resistir la humedad, la erosión ácida y alcalina, y prolongar la vida útil.
Biocompatibilidad de protección y seguridad del medio ambiente: los materiales no tóxicos, como la quitina regenerada (RCH) y el poliuretano transmitido por el agua, se utilizan para reducir el uso de tensioactivos (como la tecnología de emulsión de recolección). Aldehído sin aldehído: por ejemplo, el Instituto Advanced Wuhan ha desarrollado microcápsulas sin formaldehído/de baja alternencia, que cumplen con los estándares de seguridad textiles.
--Campos de aplicación principales de las microcápsulas PCM:
Textil y el campo de la prenda de control de la temperatura inteligente de la temperatura:
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 (National Standard GB/T 352632017). Laminación multifuncional: autoensamblaje con retardantes de llama (como polifosfato de amonio) por capa, lo que le da al tejido de algodón la función dual de la regulación de la temperatura/retardante de la llama (valor de LOI aumentó de 19.9% a 24.4%). Durabilidad optimizada: después de la carga de fibra Lyocell con un 20% en las microcápsulas, la entalpía de 20 lavados de agua se redujo solo en un 9%.
Construyendo eficiencia energética:
Cambio de fase Mortero y paneles de pared: mortero de cemento mezclado con 40% de microcápsulas de fracción de volumen puede reducir la temperatura máxima de la pared en 5.2 grados y retrasar la transferencia de calor en 145 minutos, mejorando significativamente el rendimiento de aislamiento térmico. Concreto de foam: el cemento de espuma con el 15% de las microcápsulas puede reducir la conductividad térmica a 0.07 W/(m · k) (36%), que es adecuado para los materiales de baja densidad.
3. Gestión térmica de dispositivos electrónicos:
Las cámaras de vapor y las películas térmicamente conductoras: las microcápsulas mejoradas por grafeno (GNP/PU@C22) se utilizan para la disipación de calor de los chips 5G, aumentando la velocidad de aumento de la temperatura de la superficie en un 157% (el tiempo de aumento de la temperatura de 10 grados se acorta de 360 a 140s). Control térmico de la batería: cámara de vapor de cambio de fase incrustada para estabilizar la temperatura de trabajo del módulo de batería de litio.
4. Sistemas PCM compuestos:
Compuestos a base de poliuretano: las microcápsulas se agravan con PCM sólido de poliuretano, lo que no solo mejora el valor de entalpía (como los sistemas basados en el polietilenglicol), sino que también mejora la resistencia mecánica, que se utiliza en escenarios de control de temperatura de larga distancia (30-100 grados).
Expansión funcional: microcápsulas personalizadas con diferentes temperaturas de cambio de fase (10-60 grados) para el manejo térmico de nivel múltiple (por ejemplo, enfriamiento/calor local de los cojines del asiento del automóvil).