來源 | ACS Applied Materials Interfaces

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背景介紹

相變材料(PCMs)在特定溫度下的相變時吸收或釋放潛熱，被認為是各種系統的有效被動熱管理的有前途的材料。然而，固-固轉變通常只吸收或釋放少量的潛熱，而且固-氣和液-氣轉變都伴隨著顯著的體積變化，這對于大多數實際應用是不適合的因此，具有相對高的潛熱、可控制的體積變化和實際相關的相變溫度的固-液PCM得到了廣泛的研究。各種有機和無機材料已被用作固體-液體PCMs，有機PCMs包括石蠟、脂肪酸和聚乙二醇，而無機PCMs包括幾種鹽和鹽水合物。

通常研究的固體-液體PCMs的主要缺點是它們的導熱系數(k)低，例如，石蠟和鹽水合物的k值分別為~ 0.2和1 W/mk，這些值明顯低于金屬、陶瓷或碳基材料的k值，它們的k值范圍從幾十到幾百W/mk。提高PCM的k值的一種方法是在PCM基體中分散具有高k值的金屬、陶瓷或碳基微或納米顆粒。然而，通過這種方法改善k的程度是有限的。而且，通過這種方法制備的復合材料具有低加工性，這限制了它們在任意形狀因素系統中的易于應用。

制備具有可加工性的PCM的常見方法是將PCM裁剪成宏，微或納米顆粒。然后，這些顆粒可以分散在連續相基質中，以達到所需的目的。然而，大多數高k材料是剛性固體，在相對溫和的條件下將PCM顆粒分散在這樣的基質中是具有挑戰性的。Ga和Ga基合金在室溫附近或以下以液態存在，由于其高可塑性和高k的綜合優勢，液態金屬（LM）被應用于各種熱管理應用中。

02

成果掠影

近期，韓國Joohyung Lee教授在開發用于熱管理且具有可加工性的相變材料取得新進展。該團隊在所提出的配方中，共晶Ga?In被用作高導熱性和高流動性的液體基質，其中懸浮著具有不同固-液相變溫度的石蠟PCM微粒作為填料。PCM-LM (C22H46@TiO2-in-EGaIn)復合材料被證明是一種新型的潛熱儲存系統，具有高導熱、高導電性和獨特的粘彈性。納米級無機氧化物(二氧化鈦)吸附在填料-基體界面上，實現了填料與基體的良好相容性。因此，復合材料是通過簡單的渦流混合產生的，不需要繁瑣的預處理或后處理。復合材料表現出獨特的權衡效應，即彈性模量、屈服應力、密度、導熱系數和熔融或結晶焓，可以很容易地通過改變懸浮填料的含量來控制。由于復合材料的高導電性和潛熱儲存能力之間的協同作用，含有該復合材料的焦耳加熱裝置表現出改善的電熱性能。所提出的平臺可用于合理設計和簡易制造高性能無形狀因素潛熱存儲系統，用于各種潛在應用，如電池熱管理和柔性加熱器。研究成果以“Novel Latent Heat Storage Systems Based on Liquid Metal Matrices with Suspended Phase Change Material Microparticles”為題發表于《ACS Applied Materials Interfaces》。

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圖文導讀

圖1.材料制備與表征。

圖2.復合材料的結構和形貌示意圖。

圖3.復合材料的機械性能。

圖4.復合材料的DSC曲線。

圖5.復合材料的熱管理性能。

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