中國粉體網(wǎng)11月19日訊 微膠囊化可以將功能物質(zhì)封裝轉(zhuǎn)變成無數(shù)微小工作單元，可使其具有特殊性質(zhì)和用途，大大擴展了各種材料的使用領(lǐng)域和場合。隨著高分子科學和技術(shù)的進步，微膠囊的制備方法也得到了長足的發(fā)展，多種多樣的微膠囊逐漸開發(fā)出來，在藥物控制釋放、生物制品、涂料、阻燃劑、紡織、感光材料以及相變材料等領(lǐng)域得到了廣泛應用。
隨著能源危機日益加劇，如何節(jié)能和實現(xiàn)能源再生及回收利用已成為亟待解決的問題。利用相變材料的相變潛熱進行能量的儲存(蓄冷、蓄熱)是一項新型的節(jié)能技術(shù)，它可以解決能源的需求與供給之間在時間和空間上的不匹配，實現(xiàn)對能源進行高效管理。將微膠囊技術(shù)與相變儲能這一理念結(jié)合，制備相變儲能微膠囊，利用先進的測量技術(shù)精確測量相變微膠囊的熱物性參數(shù)，結(jié)合理論分析揭示其傳蓄熱機理，是解決這一問題的有效途徑及基礎(chǔ)。對于相變微膠囊粉體樣品，可以假定為是相變微膠囊顆粒分散于空氣中的復合材料。
目前對于復合材料的有效熱導率計算方法主要有并聯(lián)熱阻法、串聯(lián)熱阻法、maxwell模型及bruggman模型。中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心科研人員以脲醛樹脂為殼材，石蠟為芯材，采用原位聚合法制備的相變微膠囊為樣品，采用3ω諧波探測技術(shù)測量得到的有效熱導率為依據(jù)，通過分析樣品的傳熱過程，建立相應的有效熱導率理論模型。
對于密度為110g/l，殼芯比分別為17/83的樣品，分別采用并聯(lián)模型、串聯(lián)模型、maxwell模型、bruggman模型計算樣品有效熱導率及測量值。測量表明，使用并聯(lián)計算的結(jié)果最大，串聯(lián)結(jié)果最小，其他計算結(jié)果均處于這兩者之間。這是因為maxwell模型是考慮少量顆粒分散于流體中，忽略了顆粒間的相互傳熱，因此其計算結(jié)果接近并聯(lián)計算結(jié)果，遠大于測量值。相對于maxwell模型，bruggman模型添加了顆粒間的相互作用，其計算結(jié)果整體小于maxwell模型，更接近測量值，但是該模型的計算結(jié)果仍然遠大于測量值。
將相變微膠囊顆粒假設(shè)為一個均質(zhì)復合材料，樣品中由材料比熱、密度、楊氏模量（彈性模量）決定的、與縱波聲速有關(guān)的無量綱常數(shù)對相變微膠囊粉體有效熱導率有很大影響。研究人員假定測量誤差為10%，對該影響因素取不同值進行計算，發(fā)現(xiàn)當該值處于4.8至6之間，采用上式計算的結(jié)果處于測量誤差范圍內(nèi)。
由于受到脲醛樹脂殼材、石蠟芯材及微膠囊間空氣的影響，隨著樣品溫度的升高，其有效熱導率在相變前略有下降，相變后略有升高，在相變溫度區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)極大值，該極值對應的溫度與石蠟核材的相變溫度峰值溫度一致。與測量結(jié)果相比，各種理論模型計算結(jié)果的相變區(qū)間均較窄。這是由于測量時采用的pid溫控系統(tǒng)是一種超調(diào)控制方法，雖然設(shè)定的恒溫溫度低于樣品的相變溫度，但由于超調(diào)，靠近容器壁面的部分樣品已經(jīng)發(fā)生了相變，而樣品導熱性能相對較差，在pid溫控調(diào)節(jié)過程中不能及時釋放多吸收的熱量，導致有效熱導率的測量值高于理論計算值。
上述工作得到了國家自然科學基金重點項目（51106151、51336009）、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”）的支持，相關(guān)成果已在2014工程熱物理年會傳熱傳質(zhì)分會發(fā)表。
隨著能源危機日益加劇，如何節(jié)能和實現(xiàn)能源再生及回收利用已成為亟待解決的問題。利用相變材料的相變潛熱進行能量的儲存(蓄冷、蓄熱)是一項新型的節(jié)能技術(shù)，它可以解決能源的需求與供給之間在時間和空間上的不匹配，實現(xiàn)對能源進行高效管理。將微膠囊技術(shù)與相變儲能這一理念結(jié)合，制備相變儲能微膠囊，利用先進的測量技術(shù)精確測量相變微膠囊的熱物性參數(shù)，結(jié)合理論分析揭示其傳蓄熱機理，是解決這一問題的有效途徑及基礎(chǔ)。對于相變微膠囊粉體樣品，可以假定為是相變微膠囊顆粒分散于空氣中的復合材料。
目前對于復合材料的有效熱導率計算方法主要有并聯(lián)熱阻法、串聯(lián)熱阻法、maxwell模型及bruggman模型。中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心科研人員以脲醛樹脂為殼材，石蠟為芯材，采用原位聚合法制備的相變微膠囊為樣品，采用3ω諧波探測技術(shù)測量得到的有效熱導率為依據(jù)，通過分析樣品的傳熱過程，建立相應的有效熱導率理論模型。
對于密度為110g/l，殼芯比分別為17/83的樣品，分別采用并聯(lián)模型、串聯(lián)模型、maxwell模型、bruggman模型計算樣品有效熱導率及測量值。測量表明，使用并聯(lián)計算的結(jié)果最大，串聯(lián)結(jié)果最小，其他計算結(jié)果均處于這兩者之間。這是因為maxwell模型是考慮少量顆粒分散于流體中，忽略了顆粒間的相互傳熱，因此其計算結(jié)果接近并聯(lián)計算結(jié)果，遠大于測量值。相對于maxwell模型，bruggman模型添加了顆粒間的相互作用，其計算結(jié)果整體小于maxwell模型，更接近測量值，但是該模型的計算結(jié)果仍然遠大于測量值。
將相變微膠囊顆粒假設(shè)為一個均質(zhì)復合材料，樣品中由材料比熱、密度、楊氏模量（彈性模量）決定的、與縱波聲速有關(guān)的無量綱常數(shù)對相變微膠囊粉體有效熱導率有很大影響。研究人員假定測量誤差為10%，對該影響因素取不同值進行計算，發(fā)現(xiàn)當該值處于4.8至6之間，采用上式計算的結(jié)果處于測量誤差范圍內(nèi)。
由于受到脲醛樹脂殼材、石蠟芯材及微膠囊間空氣的影響，隨著樣品溫度的升高，其有效熱導率在相變前略有下降，相變后略有升高，在相變溫度區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)極大值，該極值對應的溫度與石蠟核材的相變溫度峰值溫度一致。與測量結(jié)果相比，各種理論模型計算結(jié)果的相變區(qū)間均較窄。這是由于測量時采用的pid溫控系統(tǒng)是一種超調(diào)控制方法，雖然設(shè)定的恒溫溫度低于樣品的相變溫度，但由于超調(diào)，靠近容器壁面的部分樣品已經(jīng)發(fā)生了相變，而樣品導熱性能相對較差，在pid溫控調(diào)節(jié)過程中不能及時釋放多吸收的熱量，導致有效熱導率的測量值高于理論計算值。
上述工作得到了國家自然科學基金重點項目（51106151、51336009）、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”）的支持，相關(guān)成果已在2014工程熱物理年會傳熱傳質(zhì)分會發(fā)表。
