Материалы с фазовым переходом сделали дешевыми и доступными для строительства
Название «материалы с фазовым переходом» говорит само за себя — эти материалы будут переключаться между фазами вещества при изменении температуры. Одним из наиболее многообещающих применений этой технологии является изоляция: PCM плавится в жидкость, поглощая тепло, охлаждая окружающую среду. И наоборот: по мере охлаждения окружающей среды материал снова затвердевает, высвобождая накопленное тепло.
В прошлом PCM использовались в кофейных чашках, чтобы горячие напитки оставались горячими, в тканях, которые при необходимости согревали или охлаждали людей, в жидких покрытиях, предотвращающих образование инея, и в строительных материалах, которые лучше регулируют температуру в помещении. Именно полезный аспект последнего варианта и решила доработать команда из Техаса.
Предыдущие PCM были довольно неэффективными и дорогостоящими, потому что им требовалась оболочка, удерживающая их жидкую форму. Это означает, что гранулы PCM должны быть встроены в строительный материал, но их количество сильно ограничено, а масштабировать подобную технологию будет непросто.
Для нового исследования команда Texas A&M стремилась смешать PCM непосредственно в строительном материале. Они соединили парафиновый воск (самый простой PCM) с жидкой смолой в качестве поддерживающей структуры, создав мягкий пастообразный материал, которому можно придать необходимую форму. Когда он приобретет желаемую форму, его можно отвердить УФ-светом, чтобы смола затвердела.
Конечным результатом стал твердый материал, достаточно прочный и пригодный для сборки, при этом содержащий карманы из PCM внутри. Без необходимости в дополнительных оболочках PCM может быть упакован более плотно (до 63% от общей массы материала), что повышает его способность регулировать температуру окружающей среды.
Но, пожалуй, самое главное, — теперь материал легче изготавливать оптом. Его мягкость означает, что его можно превратить в чернила для 3D-печати, которым затем можно придать любую желаемую форму или размер по гораздо более низкой цене, чем обойдутся другие строительные материалы из PCM.
Команда испытала новую разработку, распечатав и отвердив небольшую модель полого дома. Когда эта модель была помещена в духовку, внутренняя полость была на 40% холоднее, чем внешняя среда. Материал также показал почти отсутствие утечки ПКМ за 200 циклов плавления и затвердевания.
Исследователи говорят, что будут экспериментировать с различными PCM, чтобы увидеть, смогут ли они расширить диапазон температур, в котором они работают. Это может помочь снизить затраты на электроэнергию, связанные с работой систем отопления и охлаждения.
Вещества с необычными свойствами теперь можно использовать в 3D-принтерах и применять в строительных работах