PCM相变材料的应用-建筑

高储热容量

除了高稳定性外，PCM微胶囊由于其高储热容量而越来越受欢迎。

差示扫描量热法（DSC）用于分析纯PCM和微胶囊的热性能。

DSC热图由吸热曲线和放热曲线组成，其中包含热特性的关键信息，如熔融和结晶过程的起始温度和峰值温度或DSC冷却和加热运行的焓。

由于壳材料具有较低的潜热储存容量，PCM微胶囊的总热容明显低于纯PCM。在外壳上实施隔热、几何约束或无成核剂都会导致过冷，即起始相变温度的变化。过冷将导致更长的热放电时间，并对PCM微胶囊的整体热性能产生显著影响[122]。为了抑制这种现象，Wu等人将1-十四醇和对苯二甲酸乙二醇添加到油相中n-octadecane@polyureamicrocapsules作为成核剂[123]。然而，当1-十四醇从8.3重量%增加到12.5重量%时，过冷度进一步增加，并且包封到芯材料中的对苯二甲酸有助于促进正十八烷三斜晶的形成。研究表明，对苯二甲酸对正十八烷的结晶有积极影响。Chen等人通过将烷基化石墨烯添加到芯材料中，成功地抑制了正十八烷/三聚氰胺甲醛微胶囊的过冷[124]。这是因为添加的烷基化萘在一定程度上促进了芯材的结晶，增强了非均相核化和热传递。

热稳定性

PCM微胶囊通常暴露于极端环境中，尤其是高温，这会导致严重的热降解。

热稳定性用于描述CMS微胶囊的耐热分解性。

热重分析（TGA）用于测试热稳定性，方法是以很小的间隔将温度升高一个非常稳定的步骤，同时测量样品的重量损失。

TGA曲线显示重量比随温度变化。

Jiang等人研究了基于含纳米氧化铝（纳米Al2O3）的对位蜡核和P（MMA-co-MA）壳的PCM微胶囊的热性能[125]。芯材paraffin在159.88°C的起始温度下降解，在200°C下保持约20.63重量%。230°C下几乎没有焦炭。P（MMA-co-MA）壳在342.3°C下也呈现一步降解，失重率很低，在450°C左右完全分解。当将多氯联苯包封在壳中时，它们表现出三步降解。第一阶段是从150°C左右开始，泄漏芯材从破损外壳中蒸发出来。第二阶段归因于微胶囊内部的多氯联苯在230℃左右完全蒸发。最后，在350℃左右，P（MMA-co-MA）壳发生裂解，产物彻底分解。第二阶段起始温度的升高表明了壳的保护作用，这增强了核心材料的热稳定性。

通过使PCM微胶囊经受大量重复的相变循环，并在多次熔融和结晶循环后，改变储热能力（通过DSC）、热稳定性（通过TGA）、化学表征（通过FTIR（傅里叶变换红外光谱技术的进步）），定性分析热可靠性，等等被检测到。

Zhang等人对相变循环进行了100圈扫描[101]。DSC热谱图中的所有曲线与第一个回路的一致性令人惊讶。在100次循环后，熔融峰、结晶峰和起始点保持稳定，峰值温度仅在0.5°C范围内显示最小偏差。Liu等人研究了具有十二醇核和三聚氰胺甲醛（MF）树脂壳的微胶囊的可靠性[126]。安永获得了25、50、75和100次相变循环后MEPCM/GO CNT的DSCCurve，与第一次相比差异不大。其他著作[67127]也得出了类似的结论。比较两种光谱发现，特征峰的频率值没有变化，这表明微胶囊的化学结构不受热循环的影响。

导热性

在稳态条件下，材料的导热性定义为单位温度梯度下通过单位横截面积的热流。较高的导热率可以提供更快的热传递速率，这对于许多应用非常重要。通过增加导热系数，可以提高能量储存和释放效率。由于微胶囊的尺寸较小，很难直接测量单个微胶囊的热导率。

提出了计算单个微胶囊电导率的理论，其中(dc/dp)3?ρs/ρs+yρckp,kc,和Kw分别表示单个微胶囊、芯材料和壳材料的热导率，Dp是微胶囊颗粒的直径，Dc是芯的直径。然而，在实际应用中，多微胶囊的导热性能更为关键。在美国，热导率通常在大体积微胶囊中进行分析。可以通过将微胶囊置于两个板之间，加热流过样品来近似实现。通过建立轴向温度梯度，基于热平衡条件下热流传感器的热输出测量温差。方程如下

其中θ是热量，χ是导热系数，Ais是表面ea，his是样品的厚度，t1和t2是两个表面的温度。为了提高微胶囊的导热性，研究人员通常直接在微胶囊的芯或壳中添加具有高导热性的外部材料，如石墨、碳纳米管和纳米金属。Li等人通过接枝硬脂酰（a）（b）（c）（d）改善了碳纳米管与核心材料的相容性。

图5：微胶囊的图像：（a）表面光滑致密，有缺陷，（b）粗糙多孔，（c）壳厚度，以及（d）规则球形结构。

将乙醇（SA）涂覆到碳纳米管上，然后用三聚氰胺树脂涂覆PCMS[130]。结果表明，碳纳米管的加入改善了微胶囊的性能，微胶囊的热导率提高了79.2%。Wang等人采用相同的方法获得了具有不同高热传导率的对位/碳酸钙微胶囊的热导率[131]。对于不同浓度的石墨（FG）、膨胀石墨（EG）和石墨纳米片（GNS），结果显示热导率显著提高。当相变复合材料含有20wt.%GNS时，它们可以形成稳定且致密的热导率网络，热导率为25.81Wm?1K?1，是纯石蜡的70倍。Jiang等人[83]制备了微胶囊，其中对苯二甲酸乙二醇酯作为相变材料，聚甲基丙烯酸甲酯作为壁材料，然后将纳米Al2O3嵌入壁材料[125]。单体质量分数为16%的纳米Al2O3微胶囊性能较好，其焓和热导率为93.41 Jg?1和0.31 Wm?1K?1、分别。Sarier等人分别用脲醛树脂涂覆正十八烷和正十六烷芯材，然后将还原的纳米银颗粒添加到壁材中，以制备PCMs微胶囊[132]。与纯脲醛树脂壁材微胶囊相比，由纳米银颗粒改性的微胶囊具有更高的导热性。不同方法改性的微胶囊具有更好的导热性，并改善了热调节性能。