Bahan Perubahan Fase Mikroenkapsulasi (PCM) adalah bahan fungsional struktural core-shell yang dibentuk dengan enkapsulasi bahan perubahan fase (PCM) dalam mikropolimer atau cangkang anorganik. Fitur intinya adalah untuk menyerap atau melepaskan panas laten melalui proses perubahan fase (konversi padat-cair/padat-padat) untuk mencapai regulasi suhu dan penyimpanan energi termal, sementara mikroenkapsulasi memecahkan masalah kebocoran, korosi, dan pemisahan fase PCM tradisional.
Berikut ini adalah analisis sistematis dari dua aspek:
--Karakteristik inti mikrokapsul 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%.
Kinerja Termal dan Stabilitas Subkooling Rendah: Fluktuasi suhu selama proses perubahan fase kecil (± 1-2 derajat) untuk memastikan kontrol suhu yang akurat. Daya Daya Siklus: Setelah 200 siklus panas dan dingin, tingkat retensi entalpi> 95%. Peningkatan Konduktivitas Termal: Dengan menambahkan pengisi konduktif termal seperti graphene (misalnya, GNPS/RCH hybrid shells), konduktivitas termal meningkat sebesar 138% (hingga 0,65 W/(M · K)) dan respons termal dipercepat.
Resistensi kebocoran stabilitas mekanik & kimia: Shell secara efektif mengisolasi bahan inti untuk menghindari reaksi dengan substrat (misalnya, semen, tekstil), dan meningkatkan ketangguhan dinding kapsul melalui desain ikatan silang (misalnya, akrilat multifungsi). Resistensi Lingkungan: Struktur shell ganda (seperti deposisi magnetron lapisan luar) dapat menahan kelembaban, asam dan erosi alkali, dan memperpanjang masa pakai.
Perlindungan dan Keselamatan Lingkungan Biokompatibilitas: Bahan-bahan yang tidak beracun seperti kitin regenerasi (RCH) dan poliuretan yang ditularkan melalui air digunakan untuk mengurangi penggunaan surfaktan (seperti teknologi emulsi pemetik). Aldehyde-Free: Misalnya, Wuhan Advanced Institute telah mengembangkan mikrokapsul bebas formaldehida/low-aldehyde, yang memenuhi standar keselamatan tekstil.
--Bidang aplikasi utama mikrokapsul PCM:
Tekstil dan Lapangan Pakaian Kain Kontrol Suhu Cerdas:
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 (Standar Nasional GB/T 352632017). Laminasi multifungsi: Perakitan mandiri dengan retardants api (seperti amonium polifosfat) lapisan demi lapisan, memberikan kain katun fungsi ganda regulasi suhu/retardant api (nilai LOI meningkat dari 19,9% menjadi 24,4%). Daya tahan yang dioptimalkan: Setelah pemuatan serat lyocell dengan mikrokapsul 20wt%, entalpi 20 pencuci air berkurang hanya 9%.
Membangun efisiensi energi:
Panel Mortar dan Dinding Perubahan Fase: Mortar semen dicampur dengan mikrokapsul fraksi volume 40% dapat mengurangi suhu puncak dinding sebesar 5,2 derajat dan menunda perpindahan panas dengan 145 menit, secara signifikan meningkatkan kinerja isolasi termal. Beton Low-D-DS (mikrokapsul yang dapat dikurangi) untuk konduktivitas termal ke 0,07 W/(m · m · k) (mikrokapsul 3%) untuk mengurangi konduktivitas termal ke 0,07 W/K) (m · m · k).
3. Manajemen Termal Perangkat Elektronik:
Ruang uap dan film konduktif termal: mikrokapsul yang ditingkatkan graphene (GNPS/PU@C22) digunakan untuk disipasi panas chip 5G, meningkatkan laju kenaikan suhu permukaan sebesar 157% (waktu kenaikan suhu 10 derajat diperpendek dari 360-an menjadi 140-an). Kontrol Termal Baterai: Ganti Fase Tertanam Ruang Uap untuk menstabilkan suhu kerja modul baterai lithium.
4. Sistem PCM Komposit:
Komposit berbasis poliuretan: Mikrokapsul diperparah dengan PCM padat poliuretan, yang tidak hanya meningkatkan nilai entalpi (seperti sistem berbasis polietilen glikol), tetapi juga meningkatkan kekuatan mekanik, yang digunakan dalam skenario kontrol suhu rentang panjang (30-100 derajat).
Ekspansi Fungsional: Mikrokapsul yang disesuaikan dengan suhu perubahan fase yang berbeda (10-60 derajat) untuk manajemen termal multi-level (misalnya, pendinginan lokal/kehangatan bantal kursi mobil).