中溫相變微膠囊研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

陳甜甜， 劉 赟， 李永華

(華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引 言

相變微膠囊是將微膠囊封裝技術(shù)和相變材料相結(jié)合制備的一種復(fù)合材料，使用成膜材料將功能性材料包裹而形成微小粒子，其粒徑一般為納米至微米級(jí)[1]。將相變材料微膠囊化，能夠有效減小相變材料與外界的反應(yīng)活性，增大熱傳遞區(qū)域，增加傳熱速率，使得相變微膠囊在儲(chǔ)熱節(jié)能、溫度控制以及熱防護(hù)領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力[2]。目前，相變材料的微膠囊化研究主要集中于室溫以及50 ℃以下的低溫區(qū)域，而對(duì)于50～200 ℃之間的中溫相變材料的微膠囊化技術(shù)研究正處于探索階段[3]。中溫區(qū)域的相變材料溫度范圍較寬，包含了多種類型的相變材料，給中溫領(lǐng)域的相變微膠囊應(yīng)用提供了更廣泛的選擇，本文對(duì)中溫相變微膠囊的研究進(jìn)展和研究方法進(jìn)行了總結(jié)和分析。

相變微膠囊在使用和性能方面有許多優(yōu)于傳統(tǒng)相變材料的特點(diǎn)：(1)改善了傳統(tǒng)相變材料的加工性能。相變微膠囊顆粒微小，粒徑均勻，易于與各種高分子材料混合構(gòu)成性能更加優(yōu)越的復(fù)合高分子相變材料[4, 5]。(2)對(duì)于理論研究，相變微膠囊由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，數(shù)值分析方法可以對(duì)相變微膠囊顆粒內(nèi)部相變過程傳熱性能進(jìn)行研究，也可對(duì)相變微膠囊與流體結(jié)合、相變微膠囊添加到織物中以及數(shù)個(gè)相變微膠囊的蓄、放熱特性進(jìn)行研究[6, 7]。(3)作為一種復(fù)合材料，由于外殼壁材的包覆性，解決了固液相變材料相變時(shí)體積變化以及泄漏問題，避免出現(xiàn)相變材料相變過程中發(fā)生過冷和相分離現(xiàn)象[8, 9]。(4)在應(yīng)用上，相變微膠囊有能更好的穩(wěn)定性和更高的利用率。相變材料與外界環(huán)境隔離，可重復(fù)使用；微膠囊可保持芯材的抗氧化性、降低芯材的揮發(fā)性[10, 11]；微膠囊微小且壁薄，增大了相變材料的比表面積，提高了相變材料的熱傳遞和使用效率[12, 13]，因此應(yīng)用范圍較為廣泛。

1 相變微膠囊制備方法

微膠囊化方法一般分為三類：物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)方法[14]，如表1所示。目前，在相變微膠囊的制備中，應(yīng)用較多的方法是原位聚合法、界面聚合法、復(fù)凝聚法和噴霧干燥法。

原位聚合法：原位聚合法的基本原理是將所包載的芯材作為油相制成乳液，將預(yù)聚體的水溶液滴加至乳液中，在一定條件下預(yù)聚體會(huì)被吸附在液滴表面發(fā)生原位聚合反應(yīng)成為殼層，形成包載油相的相變材料微膠囊[15]。芯壁比及壁材預(yù)聚體原料的配比主要影響微膠囊的包封率和壁厚，進(jìn)而影響微膠囊的熱穩(wěn)定性和抗?jié)B透能力，芯壁比越大，微膠囊的儲(chǔ)熱能力越大，但是包封率越低，微膠囊越不穩(wěn)定[16]。乳化劑與分散劑主要影響乳滴的形成大小及表面形態(tài)，繼而影響吸附壁材的能力，對(duì)微膠囊的形成至關(guān)重要。

黃勇等[17]采用原位聚合法，以石蠟為芯材，脲醛樹脂為囊材，納米鐵粒子為磁性材料，制備出了相變溫度在57 ℃的磁性相變微膠囊，研究了納米鐵粒子的加入對(duì)微膠囊的表面形態(tài)的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明磁性相變微膠囊的比飽和磁化強(qiáng)度和剩余比磁化強(qiáng)度等磁性參數(shù)隨納米鐵粒子含量的增加而增大。Jin等[18]以石蠟為芯材、脲醛樹脂為壁材，采用原位聚合法制備出相變溫度范圍在50～54 ℃的相變微膠囊，分析了微膠囊的表觀形態(tài)、熱性能和粒徑分布。Zhang等[19]發(fā)現(xiàn)樹脂相變微膠囊的粒徑隨著攪拌速度和乳化劑用量的增加而呈指數(shù)級(jí)降低。

界面聚合法與原位聚合法都是在乳液體系中進(jìn)行的，不同之處在于界面聚合法中用于形成壁材的是兩種單體，且這兩種單體分別分散在連續(xù)相和分散相中，在界面處發(fā)生聚合反應(yīng)形成微膠囊[20]。

蹇守衛(wèi)等[21]采用界面聚合法，以水玻璃和十八烷酸為基本原料，在一定條件下制備了性能穩(wěn)定的相變微膠囊，相變溫度范圍在50～70 ℃。結(jié)果表明采用廉價(jià)的水玻璃作為構(gòu)建微膠囊囊壁材料的基本原料制備得到的微膠囊粒度均勻，表明光滑，結(jié)晶程度明顯提高。童曉梅等[22]采用界面聚合法，以P(MMA-co-AA)為壁材包覆了相變點(diǎn)為60 ℃的石蠟，結(jié)果表明微膠囊形狀規(guī)則，有良好的熱穩(wěn)定性，耐酸堿性強(qiáng)，耐久性好，調(diào)溫效果明顯，可應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。藍(lán)孝征等[23]以甲苯-2,4-二異氰酸酯(tdi)和二乙烯二胺(deta)為單體，采用界面聚合法合成了正碘烷的聚脲微膠囊用于儲(chǔ)熱，其中非離子表面活性劑聚乙二醇八苯醚(op)是該體系的乳化劑，熱重力分析表明，核心材料正伊卡松、微正伊卡松和囊壁材料聚脲可以分別承受130 ℃、170 ℃和250 ℃以下的溫度。

復(fù)凝聚法：復(fù)凝聚法是利用兩種具有相反電荷的高分子材料作囊材，將囊心物分散(混懸或乳化)在囊材水溶液中，在一定條件下，相反電荷的高分子材料互相交聯(lián)形成復(fù)合物(即復(fù)合囊材)，溶解度降低，自溶液中凝聚析出而成微膠囊[24]。其中，生物聚合物攜帶的電荷、凝聚混合物的PH值、離子強(qiáng)度、兩種生物聚合物之間的比率和其他化學(xué)、物理因素都是影響復(fù)凝聚效果的因素。

海彬等[25]采用復(fù)凝聚法，以殼聚糖和阿拉伯膠為壁材，石蠟為芯材，采用復(fù)凝聚法制備相變儲(chǔ)能微膠囊，微膠囊相變溫度范圍在56～60 ℃。FTIR譜圖表明石蠟與壁材之間無新的化學(xué)鍵生成，殼聚糖/阿拉伯膠以物理結(jié)合的方式成功包覆在石蠟表面。壁材對(duì)石蠟起到一定保護(hù)作用，使其耐熱性提高。

噴霧干燥法：噴霧干燥法是先將壁材溶解成水溶液，再加入油溶性芯材進(jìn)行乳化形成乳液，將乳液加入到噴霧干燥裝置，通過高溫霧化的方式使壁材固化，從而將芯材物質(zhì)包覆，制得微膠囊。噴霧干燥法最適于親油性液體物料的微膠囊化，芯材的憎水性越強(qiáng)，包埋效果越好。因此，噴霧干燥法是脂類及脂溶性物質(zhì)微膠囊技術(shù)中采用最為廣泛的方法，絕大多數(shù)的脂類或脂溶性物質(zhì)微膠囊均可用此法制成[26]。

Fei等[27]利用噴霧干燥法制備了以C18為芯材、二氧化鈦為壁材的相變微膠囊，粒徑為0.1～5 μm，其中二氧化鈦具有納米結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)這種微膠囊具有光催化活性、殺菌性能及與硫醇反應(yīng)的能力，在紡織行業(yè)具有應(yīng)用前景。Hawlader等[28]分別用噴霧干燥法和制備了石蠟相變微膠囊，研究表明包封率與乳化劑、交聯(lián)劑用量及芯壁比相關(guān)，其中包封率隨芯壁比的上升而下降，其中壁材用量則是影響包封率最主要的因素。

有學(xué)者將兩種或多種相變材料進(jìn)行復(fù)合，通過不同的材料配比調(diào)節(jié)復(fù)合材料的相變溫度，制備出適合不同應(yīng)用場(chǎng)景的中溫相變材料。莊正宇[29]等對(duì)NaOH/KOH二元體系蓄熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了相變材料的熔解和凝固等現(xiàn)象，制備出熔點(diǎn)在145.6～318.2 ℃之間的NaOH/KOH混合鹽，熔點(diǎn)在中溫和高溫范圍內(nèi)。熊亞選[30]等將納米SiO2和MgO顆粒分別均勻分散到二元共晶碳酸鹽(Li2CO3-K2CO3)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過添加納米SiO2和MgO顆粒，納米熔鹽比熱容相比基鹽分別平均提高了27.5%～34.1%，11%～20.7%，且具有良好的熱穩(wěn)定性。

表1 常用微膠囊制備方法[31]

2 理論研究

對(duì)于相變微膠囊的理論研究，有單個(gè)相變微膠囊顆粒內(nèi)部相變過程傳熱性能的研究，也有針對(duì)相變微膠囊與流體結(jié)合、相變微膠囊添加到織物中以及數(shù)個(gè)相變微膠囊的蓄、放熱特性，研究方法有數(shù)值分析法，解析法，熱阻法等，主要采用數(shù)值分析法[32, 33]。

數(shù)值分析法是指采用等效熱容法、顯熱容法、焓法等[34]處理材料相變過程的方法。目前常用的相變材料多數(shù)不是純物質(zhì)，因此其相變發(fā)生在一個(gè)溫區(qū)，且相變材料可能具有多個(gè)相變溫度點(diǎn)，對(duì)此類相變問題的求解，等效熱容法是在劃分微元或節(jié)點(diǎn)后，將各微元或節(jié)點(diǎn)的焓值進(jìn)行求和平均，從而得到單元等效熱容[35, 36]。顯熱容法是把物質(zhì)的相變換熱過程看做是在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi)有一個(gè)很大的顯熱容，從而把分區(qū)描述的相變問題轉(zhuǎn)變?yōu)閱我粎^(qū)域上的非線性導(dǎo)熱問題，可以將整個(gè)求解區(qū)域統(tǒng)一處理，無需直接跟蹤相界面的移動(dòng)[37, 38]。由于顯熱容法直接對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行求解，因此計(jì)算更方便[39, 40]。數(shù)值分析方法可適應(yīng)于各種相變傳熱模型，對(duì)理解相變微膠囊傳熱特性及過程有很大幫助。

本文按照理論研究方法分類列出了中溫相變微膠囊理論分析的主要文獻(xiàn)(見表2)。

本課題組采用焓法模型對(duì)該溫度區(qū)域壁囊材料對(duì)蓄熱性能的影響進(jìn)行了分析，分別對(duì)囊壁材料為脲醛樹脂、蜜胺樹脂、二氧化硅、聚苯乙烯的單個(gè)相變微膠囊融化過程進(jìn)行數(shù)值模擬，囊壁材料的物性參數(shù)見表3，微膠囊粒徑均為100 μm、壁厚5 μm。

表2 中溫相變微膠囊理論研究的主要文獻(xiàn)

表3 囊壁材料物性參數(shù)

圖1 不同壁材相變微膠囊液相率β隨時(shí)間t變化圖Fig.1 Liquid fraction, β, versus time, t, for different wall materials of microcapsules

圖2 不同壁材相變微膠囊溫度分布云圖Fig.2 Temperature distribution of microcapsules with different wall materials

圖3 不同壁材相變微膠囊液相率分布云圖Fig.3 Liquid fraction distribution of microcapsules with different wall materials

圖1是4種不同囊壁材料微膠囊的液相率隨時(shí)間變化的曲線圖?？梢钥闯觯诓脑趥鳠徇^程中起著重要作用。囊壁材料為聚苯乙烯的相變微膠囊需要0.18 s才能完全融化，囊壁材料為蜜胺樹脂和SiO2的微膠囊融化時(shí)間為0.13 s。結(jié)合表3囊壁材料的物性參數(shù)，囊壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，內(nèi)部相變材料完全融化的時(shí)間越短。圖2和3分別給出了具有不同壁材的微膠囊的溫度分布和液相率分布云圖，可以看出，壁材是聚苯乙烯的微膠囊的溫度和液相率變化明顯慢于其他三種壁材的微膠囊。

3 實(shí)驗(yàn)研究

相變微膠囊主要由兩個(gè)主要部分組成：作為核心的相變材料，和作為相變材料容器的聚合物或無機(jī)殼。微膠囊主要形狀有球形，管形和橢圓形，也可以制成不規(guī)則的形狀[61]。微膠囊囊壁材料的選取對(duì)相變微膠囊的使用性能有直接影響。對(duì)于中溫區(qū)域的微膠囊，依據(jù)使用場(chǎng)景，囊壁材料的選取要考慮到其滲透性、降解性等；囊壁材料的熔點(diǎn)要高于內(nèi)核相變材料的相變溫度和應(yīng)用過程中可能遇到的最高溫度[62]；囊壁材料還需考慮到內(nèi)核材料的物理性質(zhì)和相變微膠囊的應(yīng)用要求：例如油溶性內(nèi)核材料宜選用水溶性囊壁材料，水溶性內(nèi)核材料宜選用油溶性囊壁材料；囊壁材料要與內(nèi)核相變材料相兼容即彼此無腐蝕、無滲透、無化學(xué)反應(yīng)；要考慮囊壁材料的固化程度，以保證微膠囊的應(yīng)用強(qiáng)度。常用的囊壁材料有天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料、無機(jī)材料。其中，天然高分子材料具有無毒、穩(wěn)定、成膜性好的優(yōu)點(diǎn)，常用物質(zhì)有：明膠、阿拉伯膠、蟲膠、紫膠、淀粉、糊精、蠟、松脂、海藻酸鈉、玉米朊、殼聚糖等；半合成高分子材料具有毒性小、粘度大的優(yōu)點(diǎn)，且其成鹽后溶解度增加，但也存在易水解、不耐高溫、需臨時(shí)配制等缺點(diǎn)，常用物質(zhì)有：羧甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素等；全合成高分子材料具有成膜性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，常用材料有：聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷等[63-65]。中溫區(qū)域的相變材料中，無機(jī)鹽類相變材料(如熔融鹽等)具有較大使用溫度范圍、高相變潛熱等優(yōu)點(diǎn)[66]，適合用作太陽能熱電系統(tǒng)的儲(chǔ)熱材料。但無機(jī)熔融鹽一般都有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)盛裝的囊壁材料兼容性要求更為嚴(yán)格。中溫相變材料的選取需要防止發(fā)生相分離、過冷等現(xiàn)象，具有高導(dǎo)熱系數(shù)和高相變潛熱。部分常見中溫相變材料有：MgCl2·6H20、赤蘚糖醇、木糖醇、半乳糖醇、54wt%KNO3+46wt%NaNO3、己二酸、癸二酸等。中溫相變材料作為蓄熱材料，在蓄熱系統(tǒng)成本中所占的比重大，必須綜合考量各種因素：較好的化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃易爆、無毒、不與容器反應(yīng)等。

余飛[67]等在壁材中添加親水型納米SiO2粒子制備相變微膠囊，結(jié)果表明納米SiO2粒子對(duì)微膠囊的相變焓和破損率產(chǎn)生重要影響。壁材中加入適最納米SiO2改性，會(huì)使微膠囊的相變焓提高，破損率降低，納米粒子在壁材里面分布均勻，且納米SiO2不會(huì)破壞預(yù)聚體的縮聚反應(yīng)。李軍[68]等在壁材中添加碳納米管(CNTs)制備相變微膠囊，結(jié)果表明，壁材添加碳納米管的微膠囊呈球形，平均粒徑約在30 μm，微膠囊表面光滑干凈，沒有明顯凸起的密胺樹脂小顆粒。且隨著碳納米管添加量的增加，微膠囊的相變潛熱增大，包裹率提高，微膠囊的導(dǎo)熱系數(shù)增大，添加了碳納米管的微膠囊的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能較未添加碳納米管的微膠囊有了明顯提高。

時(shí)雨荃[69]等用PEG200改性密胺樹脂作為壁材制備相變微膠囊，結(jié)果表明改性材料增加了樹脂的柔韌性，降低了壁材的吸水性，從而增加了微膠囊的力學(xué)強(qiáng)度，降低破損率。王軒[70]等對(duì)聚脲石蠟相變微膠囊壁材進(jìn)行改性，采用FT-IR和DSC對(duì)相變微膠囊產(chǎn)物進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)該方法使得壁材的柔韌性和包覆率增加，并且較大程度的增加了微膠囊的致密性和穩(wěn)定性。

管羽[71]等加入季戊四醇四丙烯酸酯和甲基丙烯酸烯丙酯作為交聯(lián)劑，與甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行交聯(lián)共聚，得到不同壁材組成的相變微膠囊，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)劑種類和質(zhì)量對(duì)微膠囊的性能有明顯影響。加入交聯(lián)劑可以制備出球形規(guī)則和表面光滑平整的相變微膠囊，且粒徑分布較為均勻，隨交聯(lián)劑質(zhì)量增加，相變微膠囊的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，但當(dāng)交聯(lián)劑過量時(shí)，微膠囊發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，其相變潛熱值降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，交聯(lián)劑為1.0 g時(shí)，相變微膠囊的熱穩(wěn)定性及潛熱值均能達(dá)到預(yù)期效果。

現(xiàn)將近期一些主要的相變微膠囊壁材實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容和結(jié)論列于表4。

表4 相變微膠囊壁材研究的主要文獻(xiàn)

4 應(yīng) 用

相變微膠囊的可用于功能流體、航空與航天、軍事、建筑、紡織、太陽能和風(fēng)能等可再生能源消納等方面。相變微膠囊功能流體是由相變微膠囊和單相傳熱流體混合構(gòu)成的固液多相流體，相比于普通單傳熱流體，該類多相混合流體具有較大的表觀比熱。而且，由于相變微粒對(duì)流體流動(dòng)和傳熱的影響，可顯著增加傳熱流體和流道壁面的傳熱能力[96]。另一方面，在相同傳熱能力的條件下，相變微膠囊功能流體具有更小的體積，同時(shí)可以減小換熱器和管道的尺寸，在環(huán)保節(jié)能、降低功耗方面更有優(yōu)勢(shì)。王亮等[97]對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-20%的潛熱型功能熱流體在扁管內(nèi)的對(duì)流換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，研究了相變微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量流量等因素對(duì)流體換熱性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：流量較小的情況下，功能流體傳熱性能優(yōu)于水且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而增強(qiáng)；而當(dāng)流量較大的情況下，接近入口處的功能流體的傳熱性能則弱于水。入口段內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%和20%的潛熱型功能熱流體的平均Nusselt數(shù)比水分別提高了6.7%和16.2%。吳嘉峰等[98]對(duì)相變微膠囊功能流體在大通道層流流動(dòng)中的融化狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)比了在恒壁溫和恒熱流兩類邊界條件下，相變微膠囊的截面平均融化率和融化速率的變化趨勢(shì)；針對(duì)管道的某一截面，分析了相變微膠囊在徑向上的融化率與溫度場(chǎng)的關(guān)系。

相變微膠囊在建筑中應(yīng)用可以有效避免相變材料與建筑材料的不相容性，將相變材料微膠囊化可以很好地解決相變材料不穩(wěn)定、易泄漏等問題。德國(guó)巴斯夫公司[99]將石蠟封裝在微膠囊中，與傳統(tǒng)建筑材料結(jié)合研制出多種節(jié)能材料。其中含10%～25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))石蠟微膠囊墻內(nèi)表面石蠟砂漿，每厘米厚度的砂漿蓄熱能力相當(dāng)于10 cm厚度的磚木結(jié)構(gòu)[100]。加拿大Concordia大學(xué)建筑研究中心用49%丁基硬酯酸鹽和48%丁基棕櫚酸鹽的混合物作相變材料，采用直接混合法與灰泥砂漿混合，然后再按工藝要求制備出相變儲(chǔ)能墻板，并對(duì)相變儲(chǔ)能墻板的熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)等進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明這種相變儲(chǔ)能墻板比相應(yīng)的普通墻板的貯熱能力增加10倍[101]。Farid等[102]使用相變微膠囊來改善現(xiàn)有地板下加熱系統(tǒng)，采用Cacl2?6H2O作相變材料制作微膠囊，以制備相變蓄熱地板，并比較了相變蓄熱地板和普通地板的熱性能：在兩塊地板上同時(shí)使用恒溫?zé)崴訜?小時(shí)，在接下來的16小時(shí)停止加熱，讓相變材料放熱，連續(xù)3天重復(fù)進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果表明：與普通地板相比，相變蓄熱地板的表面溫度波動(dòng)較小，熱舒適性較好。

日常紡織品通過阻斷人體與外界環(huán)境的熱傳遞來維持內(nèi)部溫度，在織物表面或者成型過程中添加相變微膠囊，可以使織物材料在預(yù)設(shè)定溫度下吸收或釋放熱量，不僅可以維持內(nèi)部溫度，還可以對(duì)溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。Kang Koo等[103]通過雙型涂布方法直接制備涂布織物，其中相變微膠囊分散在不含粘合劑的聚氨酯涂布溶液中。通過差示掃描量熱法評(píng)價(jià)雙涂層樣品的熱性能，并通過掃描電子顯微鏡，熱視覺相機(jī)，測(cè)量孔隙率，水蒸氣透過率和進(jìn)水壓力分析檢查它們的物理特性，研究結(jié)果證實(shí)了雙涂層織物在熱調(diào)節(jié)和身體舒適性方面的具有優(yōu)越性能。李鳳志等[104]發(fā)展了用于描述織物-多種相變微膠囊混合物復(fù)合材料熱傳遞行為的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與不含微膠囊的織物相比，含有相變微膠囊的織物，當(dāng)相變微膠囊發(fā)生相變時(shí)，有延遲織物溫度升高的效果；相變微膠囊混合物在織物中的布置對(duì)織物的熱特性有重要的影響。此外，相變材料微膠囊在軍事、航空與航天、強(qiáng)化傳熱等方面都有應(yīng)用。

在太陽能熱電利用、風(fēng)電消納、移動(dòng)蓄熱等技術(shù)中，中溫相變微膠囊有很大應(yīng)用前景。中溫相變材料作為蓄熱的主要材料，需求量巨大，因此多產(chǎn)量、低成本也應(yīng)成為選擇材料的重要依據(jù)。理想相變材料在成本方面需價(jià)廉易得，物理性質(zhì)必須滿足：具有良好的相平衡條件、與實(shí)際應(yīng)用相匹配的形態(tài)、密度高、相變過程中體積變化小、較高的熱導(dǎo)率等[105]。高密度、低體積變化、低蒸氣壓及形態(tài)匹配有利于減小實(shí)際儲(chǔ)熱裝置中相變材料容器體積及設(shè)計(jì)制造復(fù)雜度；相變過程中一致熔融有利于抑制相變過程中相分離的產(chǎn)生，進(jìn)而降低冷熱循環(huán)過程中熱量損失，提高長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性；較高的熱導(dǎo)率有利于加快儲(chǔ)熱裝置吸/放熱速率，提高儲(chǔ)熱裝置效率。

本文列出了相變微膠囊應(yīng)用領(lǐng)域及結(jié)論的主要文獻(xiàn)(見表5)。

5 結(jié) 論

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的相變微膠囊研究根據(jù)理論、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用研究進(jìn)行了重新分類整理，總結(jié)各研究方法及其主要結(jié)果。有關(guān)相變微膠囊的理論研究多針對(duì)于相變微膠囊與流體結(jié)合、相變微膠囊添加到織物中的特性分析，對(duì)余熱利用、蓄放熱裝置應(yīng)用的理論研究較少。研究方法中，顯熱容法可以將整個(gè)求解區(qū)域統(tǒng)一處理，無需直接跟蹤相界面的移動(dòng)，理論研究多采用顯熱容法進(jìn)行分析。

表5 相變微膠囊應(yīng)用研究的主要文獻(xiàn)

相變微膠囊的外殼材料和囊芯材料種類繁多，其中外殼材料以樹脂類材料居多，囊芯材料以石蠟居多。在相變微膠囊制備實(shí)驗(yàn)研究中，外殼材料中添加納米粒子、使用改性材料或添加交聯(lián)劑可增強(qiáng)相變微膠囊的完整性、提高膠囊包覆率及平滑度，對(duì)提高相變微膠囊的穩(wěn)定性等有良好影響。其中囊壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)是影響傳熱的重要因素，導(dǎo)熱系數(shù)越大，內(nèi)部相變材料所需融化時(shí)間越短。

相變微膠囊的應(yīng)用靈活，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但應(yīng)用研究溫度區(qū)域多在50 ℃以下，50～200 ℃溫度區(qū)域范圍的研究應(yīng)用較少，在中溫區(qū)域的相變微膠囊研究還可進(jìn)一步拓展。