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

來源：高分子科學前沿

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

美國德克薩斯A&M大學Emily B. Pentzer等人提出了一種通過直接墨水書寫（DIW）技術生產(chǎn)和打印PCM基墨水的簡便方法。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個熔化/固化循環(huán)中幾乎沒有泄漏。加熱后，用PCM基墨水打印的房屋的溫度比外部環(huán)境低40％。具有不同熔點的PCM可以同時集成到樹脂中進行打印，而不會損害其結構或完整性。該方法適用于各種光固化聚合物基質(zhì)和PCM，而無需對PCM進行微膠囊化。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：
（1）作者報道了一種通過DIW技術生產(chǎn)和印刷PCM基油墨的簡便方法，其中PCM顆粒作為光固化樹脂基質(zhì)中的粘度調(diào)節(jié)劑，均勻分散在樹脂中。作者評估了油墨成分對粘度的影響，以優(yōu)化其可印刷性和熱能管理性能。

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

（3）作者3D打印了中空結構的房屋，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。與沒有PCM的房屋相比，PCM基的房屋減輕了溫度波動，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在集成到復合材料中前必須微膠囊化的需要，從而便于將PCMs材料結合到建筑材料中，極大地簡化了制造過程，降低了成本。

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