《Matter》：3D打印的聚合物相變復(fù)合材料用于室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿

在日常生活中,，家家戶戶都需要通過(guò)暖氣,、風(fēng)扇,、空調(diào)等設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。據(jù)統(tǒng)計(jì),，人們對(duì)建筑物的主動(dòng)熱控制所消耗的能量幾乎占全國(guó)能耗的20％,。因此，在建筑物的熱能管理方面,，減少溫度波動(dòng)并能保持理想舒適環(huán)境的新技術(shù)具有革新全球能源格局的潛力,。其中，利用相變材料（PCMs）進(jìn)行潛熱儲(chǔ)存的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)是被動(dòng)控制建筑物供暖和制冷的理想選擇,。

美國(guó)德克薩斯A&M大學(xué)Emily B. Pentzer等人提出了一種通過(guò)直接墨水書(shū)寫(xiě)（DIW）技術(shù)生產(chǎn)和打印PCM基墨水的簡(jiǎn)便方法,。作者使用PCM顆粒作為3D打印中的粘度調(diào)節(jié)劑和熱緩沖劑,，成功地印刷了PCM含量高達(dá)63 wt％的油墨。這些油墨具有出色的熱調(diào)節(jié)能力,，且在200個(gè)熔化/固化循環(huán)中幾乎沒(méi)有泄漏,。加熱后，用PCM基墨水打印的房屋的溫度比外部環(huán)境低40％,。具有不同熔點(diǎn)的PCM可以同時(shí)集成到樹(shù)脂中進(jìn)行打印,，而不會(huì)損害其結(jié)構(gòu)或完整性。該方法適用于各種光固化聚合物基質(zhì)和PCM,，而無(wú)需對(duì)PCM進(jìn)行微膠囊化,。該研究以題為“Thermal energy regulation with 3D printed polymer-phase change material composites”的論文發(fā)表在《Matter》上。

文章亮點(diǎn)：
（1）作者報(bào)道了一種通過(guò)DIW技術(shù)生產(chǎn)和印刷PCM基油墨的簡(jiǎn)便方法,，其中PCM顆粒作為光固化樹(shù)脂基質(zhì)中的粘度調(diào)節(jié)劑,，均勻分散在樹(shù)脂中。作者評(píng)估了油墨成分對(duì)粘度的影響,，以優(yōu)化其可印刷性和熱能管理性能,。

（2）防漏性測(cè)試和DSC熱分析結(jié)果表明，樹(shù)脂基體在多個(gè)固-液相變循環(huán)中有效地封裝了PCM,，其泄漏可忽略不計(jì),。由于墨水配方不依賴于某種PCM，因此可將多個(gè)不同熔點(diǎn)的PCM集成到一種墨水中,，從而實(shí)現(xiàn)更寬的工作溫度窗口,，提高了熱管理能力。

（3）作者3D打印了中空結(jié)構(gòu)的房屋,，這些房屋在PCM的熔化溫度范圍內(nèi)可作為有效的熱緩沖器,。與沒(méi)有PCM的房屋相比，PCM基的房屋減輕了溫度波動(dòng),，加熱期間的溫度降低了10％,，制冷期間的溫度高了40％。

這種方法消除了PCM在集成到復(fù)合材料中前必須微膠囊化的需要,，從而便于將PCMs材料結(jié)合到建筑材料中,，極大地簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，降低了成本,。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2590238521001260