نوع جدید کامپوزیت که در مصرف برق معجزه می کند

به گزارش «نبض فناوری»،تغییر الگوی آب و هوا میلیون ها نفر را در معرض شرایط سخت قرار داده است. با رایج شدن نوسانات دما در سراسر جهان، سیستم های گرمایشی متناوب برق به جایگزین مبتکرانه و کم مصرف نیاز دارند.

در  مطالعه جدید محققان دانشگاه A&M تگزاس ترکیبی از مواد تغییر فاز قابل چاپ سه بعدی (PCM) ایجاد کرده اند که می تواند درجه حرارت محیط را در داخل ساختمان با استفاده از یک فرایند ساخت ساده و مقرون به صرفه تنظیم کند. بعلاوه، این کامپوزیت ها می توانند به مصالح ساختمانی، مانند رنگ اضافه شوند تا به طور یکپارچه در محیط های مختلف داخلی ادغام شوند.

امیلی پنتزر دانشیار گروه علوم و مهندسی مواد گفت: توانایی ادغام مواد تغییر فاز در مصالح ساختمانی با استفاده از  روش مقیاس پذیر، فرصت هایی را برای تولید تنظیم دمای غیر فعال در هر دو ساختمان جدید و ساختارهای موجود فراهم می کند. این مطالعه در شماره ژوئن ژورنال Matter منتشر شده است.

سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) متداول ترین روش برای تنظیم دما در م موسسات تجاری و مسکونی هستند. با این حال، این سیستم ها انرژی زیادی را مصرف می کنند. علاوه بر این، آنها برای تولید هوای خشک و خنک از مواد گلخانه ای استفاده می کنند. این مسائل مداوم در مورد سیستم های HVAC باعث تحقیق در مورد مواد و فناوری های جایگزین شده است که برای عملکرد به انرژی کمتری نیاز دارند و می توانند دما را متناسب با سیستم های HVAC تنظیم کنند.

یکی از موادی که برای تنظیم دما بسیار مورد توجه قرار گرفته مواد تغییر فاز است. همانطور که از نام آن پیداست، این ترکیبات بسته به درجه حرارت محیط، حالت فیزیکی خود را تغییر می دهند.  وقتی مواد تغییر فاز گرما را ذخیره می کنند، با جذب گرما از جامد به مایع تبدیل می شوند و در مقابل گرما آزاد می کنند. بنابراین برخلاف سیستم های HVAC که صرفاً به توان خارجی برای گرم کردن و خنک کردن متکی هستند، این مواد جز مواد منفعل هستند و برای تنظیم دما به برق خارجی نیاز ندارند.

روش سنتی برای ساخت مصالح ساختمانی PCM مستلزم تشکیل یک پوسته جداگانه در اطراف هر ذره PCM است، مانند یک فنجان برای نگهداری آب و سپس این PCM های تازه محصور شده به مصالح ساختمانی افزوده می شوند. با این حال ، یافتن مصالح ساختمانی سازگار با PCM و پوسته آن چالش بوده است. علاوه بر این، این روش مرسوم همچنین تعداد ذرات PCM را که می توان در مصالح ساختمانی گنجانید، کاهش می دهد.

برای غلبه بر این چالش ها، مطالعات گذشته نشان داده است که هنگام استفاده از موم پارافین تغییر دهنده فاز مخلوط با رزین مایع، رزین هم به عنوان پوسته و هم به عنوان ماده ساختمانی عمل می کند. این روش ذرات PCM را در داخل محفظه های جداگانه خود قفل می کند و به آنها اجازه می دهد با خیال راحت تحت تغییر فاز قرار گیرند و انرژی گرمایی را بدون نشتی مدیریت کنند.

محققان ابتدا رزین های مایع حساس به نور را با یک پودر موم پارافین تغییر دهنده فاز ترکیب کردند و یک کامپوزیت جوهر قابل چاپ سه بعدی ایجاد کردند، روند تولید مواد ساختمانی حاوی PCM را افزایش داده و چندین مرحله از جمله کپسول سازی را حذف کردند.

مخلوط رزین/ PCM نرم، خمیری و قابل انعطاف است  و آن را برای چاپ سه بعدی ایده آل می کند اما برای ساخت و سازها مناسب نیست. از این رو  آنها با استفاده از یک رزین حساس به نور، این مشکل را با یک نور ماورای بنفش جبران کردند تا خمیر قابل چاپ 3D را جامد و آن را برای کاربردهای دنیای واقعی مناسب کند.

در مرحله بعد آنها با تنظیم سه بعدی یک مدل خانه شکل در مقیاس کوچک و اندازه گیری دمای داخل خانه هنگام قرار دادن آن در کوره تنظیم حرارت کامپوزیت های تغییر دهنده فاز را آزمایش کردند. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که دمای مدل در مقایسه با مدل های ساخته شده از مواد سنتی در مقایسه با دمای خارج برای هر دو چرخه حرارتی گرمایش و سرمایش 40 درصد متفاوت است.

محققان در آینده مواد مختلف تغییر فاز را جدا از موم پارافین آزمایش خواهند کرد تا این کامپوزیت ها بتوانند در دامنه های دمایی وسیع تری عمل کرده و انرژی گرمایی بیشتری را طی یک چرخه معین مدیریت کنند.