Fazių keitimo medžiagos (PCM) yra medžiagų klasė, galinti absorbuoti ar išlaisvinti didelius energijos kiekius (ty, fazių pokyčių entalpiją) fazės pokyčio metu. Kadangi PCM energijai kaupti naudoja latentinę šilumą, jie siūlo didelį šilumos laikymo tankį, kompaktiškus šilumos laikymo įtaisus ir palaiko iš esmės pastovią temperatūrą fazės pokyčių proceso metu, todėl juos lengva valdyti. Didėjant visuotiniam energijos taupymo supratimui, ši PCMS savybė patraukė tyrėjų dėmesį, o PCM šiluminio laikymo technologija vis labiau traukia energijos kaupimo lauką.
I. Įvadas į medžiagų technologijos charakteristikas
Apskritai, šilumos kaupimo technologijos apima šilumos ir šaldytuvų laikymą, įskaitant protingą šilumos kaupimą ir fazių pokyčių saugyklą. Protingi šilumos saugyklos naudoja būdingą medžiagos savitą šilumos gebėjimą saugoti ir išlaisvinti šiluminę energiją, o fazių pokyčių laikymas naudoja šilumos energijos absorbciją ir išsiskyrimą fazės keitimo PCM keitime (fazių keitimo medžiagos). PCM, turėdami didelį šilumos kaupimo tankį ir minimalius temperatūros svyravimus įkrovos ir iškrovos metu, sulaukė platų mokslininkų dėmesį tiek vidaus, tiek tarptautiniu mastu. Šiuo metu fazės keičia šilumos laikymo medžiagas daugiausia organinę, išlydytą druską, lydinį ir kompozicines medžiagas. Yra keturios pagrindinės fazės pokyčių formos: kietas, kietas, kietas, kietas dujas ir skystas dujas.
Ideali kietos skysčio fazės keitimo medžiaga turėtų turėti šias savybes:
(1) didelis latentinis sintezės šiluma, kad jis galėtų kaupti energiją arba išlaisvinti daugiau šilumos keičiant fazę;
(2) tinkama fazių pokyčių temperatūra, kad būtų patenkinti poreikiai;
(3) geras kietos skysčio fazės pokyčio grįžtamumas, kuris gali išvengti kiek įmanoma perkaitimo ar perkaitimo;
(4) didelis kietosios skysčio fazės šilumos laidumas;
(5) nedidelis išsiplėtimas ir susitraukimas kietų skysčių fazės pokyčių metu;
(6) didelio fazių pokyčių medžiagų tankis ir savitoji šilumos talpa;
(7) netoksiški ir nekoroziniai;
(8) Paprastos išlaidos ir lengvai gaminami.
Palyginti su kietosios skysčio fazės keitimo medžiagomis, kietos kietos fazės keitimo medžiagos turi daug pranašumų. Kietos kietos fazės keitimo medžiagos gali būti tiesiogiai apdorojamos ir suformuotos nereikalaujant konteinerių. Jie turi žemą išsiplėtimo koeficientą ir minimalų tūrio pokytį fazės pokyčių metu. Jie nepatiria superkymo aušinimo ar fazių atskyrimo, pašalindami anti-Supersercouring ar anti-fazių atskyrimo agentų poreikį. Jie taip pat yra labai mažai toksiškumo ir korozijos, be nuotėkio ir ekologiškos. Jie turi stabilią kompoziciją, gerą fazės keitimo grįžtamumą ir ilgą tarnavimo laiką. Juos paprasta įdiegti ir lengvai naudoti. Pagrindiniai kietos kietos fazės keitimo medžiagų trūkumai yra jų mažai latentinė fazės pokyčio ir didelės kainos šiluma. Skystųjų dujų ir kietųjų dujų fazės pokyčiai apima didelius dujų kiekius fazės pokyčio proceso metu, todėl keičiasi nemažai tūrio. Todėl, nepaisant reikšmingų fazių pokyčių šilumos, jie retai naudojami praktiniuose tiksluose.
Ii. Fazių keitimo medžiagų taikymas
Fazių pokyčių energijos kaupimo medžiagų kūrimas pamažu pateko į praktinį etapą, visų pirma kontroliuojant reakcijos temperatūrą, naudojant saulės energiją ir saugant atliekas nuo pramoninių reakcijų. Mažos temperatūros energijos kaupimas pirmiausia naudojamas šilumos atkūrimui atliekoms, saulės energijos kaupimui ir šildymo bei oro kondicionavimo sistemoms. Aukštos temperatūros energijos kaupimas naudojamas šilumos varikliuose, saulės elektrinėse, magnetohidrodinaminės energijos generavimui ir palydovams. Įšvirkškite šias medžiagas į tekstilės gaminius, galite sukurti lengvus drabužius, turinčius puikias šiluminės izoliacijos savybes. Jie taip pat gali būti naudojami kuriant termoso puodelius, kurie išlaiko šilumą ilgiau nei įprastos keramikos puodeliai. Asfalto ar cemento dangos, užpildytos šia fazės keitimo medžiaga, gali užkirsti kelią apledėjimui keliuose ir tiltuose. Todėl ji turi plačias taikymo perspektyvas inžinerinėse izoliacinėse medžiagose, sveikatos priežiūros produktuose, kosmoso įrangoje, kariniame žvalgyboje ir kasdieniuose poreikiuose.
(1) Fazių pokyčių medžiagų taikymas medicinos pramonėje
Daugeliui medicininių elektroninių terapinių prietaisų reikia nuolatinio temperatūros veikimo, todėl norint palaikyti veikimo temperatūrą, reikia naudoti temperatūrą kontroliuojamos šilumos laikymo medžiagos. Japonijos patentas praneša apie NASO₄10H₂O ir MGSO₄7H₂O mišinio naudojimą kaip fazės keitimo medžiagą prietaisų kambario temperatūros kontrolei, išlaikant kambario temperatūrą apie 25 laipsnius. Specialūs instrumentai taip pat gali būti įterpti į šilumos pakuotes, pagamintas iš fazių keitimo medžiagų, kad būtų išlaikyta darbinė temperatūra. Pastaraisiais metais vidaus rinkoje išpopuliarėjo šilumos paketas. Jos fazių keitimo medžiaga yra hidratuota druska, kurios fazių keitimo temperatūra yra maždaug 55 laipsnių. Metalinis lakštas tarnauja kaip branduolio sėklos medžiaga. Kai metalo lakštas išspaudžiamas rankiniu būdu, jo paviršius tampa kristalų augimo centru, todėl kristalizacijos metu šiluma išsiskiria. Kartu su maišu, kuriame yra tam tikrų tradicinių kinų vaistų, kurie, kaip žinoma, stimuliuoja kraujotaką, sukuria terapinį poveikį, šiek tiek veiksmingumo gydant tokias ligas kaip reumatoidinis artritas.
(2) Fazių keitimo medžiagų taikymas duomenų saugojimui
PCM yra aukštos kokybės, nestabili atmintis, pagrįsta chalkogenido stiklu. Šie junginiai turi lemiamą savybę: jie keičia savo atsparumą, kai pereina iš vienos fazės į kitą. Kristalinė medžiagos fazė yra mažai atsparus, o amorfinė fazė yra didelė atsparumas. Fazių perėjimai pasiekiami pritaikant arba pašalinant srovę. Skirtingai nuo tradicinės NAND pagrįstos nestabilios atminties, PCM įrenginiai gali palaikyti beveik neribotą skaičių raštų. PCM įrenginiai taip pat siūlo privalumų, tokių kaip greito prieigos reakcijos laikas, baitų privalumas ir atsitiktinis skaitymas/rašymas. Tai yra viena iš daugelio saugojimo technologijų, vadinamų „ateities keitimu“. 2017 m. Tyrimo komanda, vadovaujama Song Zhitang, Šanchajaus mikrosistemų ir informacinių technologijų instituto direktoriaus direktorius, pasiekė didelį proveržį naujoje fazės pokyčių atminties medžiagoje. Jie novatoriškai pasiūlė greitųjų fazių keitimo medžiagų projektavimo strategiją, sumažindami branduolio atsitiktinumą amorfinėse fazės keitimo plonose plėvelėse, kad pasiektų greitą kristalizaciją. SC-SB-TE pagrindu sukurtas fazių keitimo atminties įtaisas, pagamintas naudojant 0,13 µm COMS procesą, pasiekė greitą grįžtamojo rašymo-eroso ciklą, kuriame yra 700 pikosekundžių, ir ciklo tarnavimo laiką, viršijantį daugiau nei 107 ciklus. Palyginti su įprastais „GE-SB-TE“ įrenginiais, jo veiklos energijos suvartojimas buvo sumažintas 90%, išlaikant palyginamą duomenų sulaikymą dešimt metų. 2018 m. Atminties lustų gamintojas „SK Hynix“ pradėjo gaminti PCM pagrįstą 3D kryžminio taško atmintį. SK paaiškino, kad 3D kryžminės atminties ląstelės, naudojamos SCM, yra pagamintos iš sulfido pagrindu pagamintų fazių keitimo medžiagų. Neseniai IBM tyrimai parodė, kad mašininio mokymosi galimybes galima pagreitinti tūkstantį kartų, naudojant analoginius lustus, pagrįstus fazių keitimo atmintimi. IBM tinklaraštis atskleidė, kad IBM sukuria tyrimų centrą, skirtą kurti naujos kartos AI aparatinę įrangą, ir ištirti PCM atminties potencialą AI programose.
