《Matter》：3D打印的聚合物相變復合材料用于室內溫度調節(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、空調等設備來調節(jié)室內的溫度。據統計，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中的粘度調節(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