不費電的空調(diào)房！高效調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)溫度 TAMU開發(fā)可3D打印的新型相變復(fù)合材料

在我們的日常生活中，加熱與制冷系統(tǒng)往往會消耗相當(dāng)多的能量，因此最近一種基于被動式溫度控制的減排方案，也被研究人員寄予了極大的期望。近日，南極熊獲悉，來自德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的一支研究團(tuán)隊在《Matter》材料期刊上發(fā)表了一篇文章，以介紹該校工程師新開發(fā)的一種能夠 3D 打印的相變復(fù)合材料。

△來自：TAMU

相變材料（簡稱 PCM）的特點，是能夠隨著溫度的變化，而切換不同的物質(zhì)形態(tài)。而其最具前景的應(yīng)用場景之一，就包括了建筑物的溫度調(diào)節(jié)。

比如 PCM 材料可在吸收熱量時熔化成液體，并為周圍環(huán)境提供冷卻。而當(dāng)環(huán)境溫度過低的時候，材料又會再次凝固，并釋放之前已儲存的熱量。

此前，已有研究人員將 PCM 材料用于保持咖啡杯中的熱飲溫度、根據(jù)佩戴者的需要而保持織物的溫暖或涼爽、防止結(jié)霜的液體涂層等。

不過此類新奇應(yīng)用，普遍效率低下且成本高昂。因為它們需要一個外殼來容納液態(tài)的相變材料，這意味著需要將 PCM 顆粒嵌入到建筑材料中，所以現(xiàn)實中很難見到、更別提大規(guī)模推廣。

有趣的是，德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究團(tuán)隊，就希望將 PCM 直接混合到建筑材料中。具體說來是，他們將作為相變材料的石蠟、和作為支撐結(jié)構(gòu)的液態(tài)樹脂混合，從而創(chuàng)造出了一種能夠根據(jù)需要進(jìn)行成型的柔軟糊狀材料。

一旦達(dá)到所需的形狀，即可使用紫外線固化以硬化樹脂。最終我們看到了一種堅固到足以用于建筑的材料，且里面含有 PCM 的封裝。

在免除了外殼之后，相變材料就能更密集地被囊括于其中（占材料總量的 63%），進(jìn)而提升了其調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的能力。

更重要的是，這種材料現(xiàn)可更輕松地批量生產(chǎn)。柔軟的特性，意味著它能夠作為 3D 打印耗材，然后根據(jù)實際需求制成任意形狀或尺寸、且成本遠(yuǎn)低于其它 PCM 建筑材料。

研究作者 Emily Pentzer 博士表示：“借助可擴(kuò)展非方法，將相變材料集成到建筑材料中的能力，為其在新建筑和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中發(fā)揮更大的被動式溫度調(diào)節(jié)能力而創(chuàng)造了機(jī)會”。

作為演示，研究團(tuán)隊打印并固化了一個小型空心房屋模型。當(dāng)模型被置于烤箱中時，中空的內(nèi)部較外部環(huán)境溫度低了 40% 。此外經(jīng)過 200 次熔化/凝固循環(huán)，也幾乎沒有出現(xiàn)相變材料的泄露。

有關(guān)這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《Matter》期刊上，原標(biāo)題為《Thermal energy regulation with 3D printed polymer-phase changematerial composites》。