《Matter》：3D打印的聚合物相变复合材料用于室内温度调节

来源：高分子科学前沿

在日常生活中，家家户户都需要通过暖气、风扇、空调等设备来调节室内的温度。据统计，人们对建筑物的主动热控制所消耗的能量几乎占全国能耗的20％。因此，在建筑物的热能管理方面，减少温度波动并能保持理想舒适环境的新技术具有革新全球能源格局的潜力。其中，利用相变材料（PCMs）进行潜热储存的热能储存系统是被动控制建筑物供暖和制冷的理想选择。

美国德克萨斯A&M大学Emily B. Pentzer等人提出了一种通过直接墨水书写（DIW）技术生产和打印PCM基墨水的简便方法。作者使用PCM颗粒作为3D打印中的粘度调节剂和热缓冲剂，成功地印刷了PCM含量高达63 wt％的油墨。这些油墨具有出色的热调节能力，且在200个熔化/固化循环中几乎没有泄漏。加热后，用PCM基墨水打印的房屋的温度比外部环境低40％。具有不同熔点的PCM可以同时集成到树脂中进行打印，而不会损害其结构或完整性。该方法适用于各种光固化聚合物基质和PCM，而无需对PCM进行微胶囊化。该研究以题为“Thermal energy regulation with 3D printed polymer-phase change material composites”的论文发表在《Matter》上。

文章亮点：
（1）作者报道了一种通过DIW技术生产和印刷PCM基油墨的简便方法，其中PCM颗粒作为光固化树脂基质中的粘度调节剂，均匀分散在树脂中。作者评估了油墨成分对粘度的影响，以优化其可印刷性和热能管理性能。

（2）防漏性测试和DSC热分析结果表明，树脂基体在多个固-液相变循环中有效地封装了PCM，其泄漏可忽略不计。由于墨水配方不依赖于某种PCM，因此可将多个不同熔点的PCM集成到一种墨水中，从而实现更宽的工作温度窗口，提高了热管理能力。

（3）作者3D打印了中空结构的房屋，这些房屋在PCM的熔化温度范围内可作为有效的热缓冲器。与没有PCM的房屋相比，PCM基的房屋减轻了温度波动，加热期间的温度降低了10％，制冷期间的温度高了40％。

这种方法消除了PCM在集成到复合材料中前必须微胶囊化的需要，从而便于将PCMs材料结合到建筑材料中，极大地简化了制造过程，降低了成本。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2590238521001260