提升相变材料热导率技术：金属颗粒、碳纤维与纳米粒子

"本文主要探讨了改善相变材料（PCM）导热性能的研究进展，重点关注了提高相变材料热导率的各种强化方法，包括添加金属颗粒、碳纤维、膨胀石墨和纳米粒子，并指出了碳纤维和纳米粒子作为强化传热的优秀选择，对提升相变材料效能具有重要意义。" 在储能系统中，相变材料因其在相变过程中能够吸收或释放大量热量的特性而被广泛应用，如太阳能利用、工业余热回收和电力负荷调节等领域。然而，有机相变材料普遍存在的问题是热导率低，这导致传热性能不佳，延长了储能和释能的时间，从而降低了整个系统的效能。为了解决这一问题，科研人员致力于通过各种手段提高相变材料的热导率。 其中，一种常见的策略是添加热导率较高的物质，如金属颗粒。Khan和Rohatgi等人的研究表明，金属如铝、铁、铜和铝硅合金可以显著改善相变材料的传热性能，固液相界面的移动速率与金属和相变材料的热导率比例密切相关。此外，Siegel R等人发现，在熔盐相变材料中加入金属颗粒可以大幅提升结冰过程的传热速度。崔勇等则通过实验发现，向十四酸中添加铜屑、铜线圈或铜网也能有效改善热导率。 另一种增强热导率的方法是引入碳基材料，如碳纤维和膨胀石墨。这些材料因其高热导率和优异的机械性能，常被用作相变材料的增强剂。碳纤维因其长径比大，能形成有效的热通路，提高整体材料的热传导。膨胀石墨则具有良好的热稳定性和高的表面积，有利于热量传递。 纳米粒子的引入是近年来研究的热点。纳米粒子的小尺寸效应和大的比表面积使得它们能够更有效地分散在相变材料中，形成“纳米复合材料”，显著提高热导率。纳米粒子如二氧化硅、氧化铝、碳纳米管和石墨烯等已被广泛研究，它们能够创建额外的热传输路径，从而增强相变材料的传热性能。 未来的研究重点可能在于优化碳纤维和纳米粒子的使用，包括选择最佳的类型、浓度和分布方式，以达到最佳的热导率提升效果。同时，还需要考虑这些增强剂对相变材料其他性能（如化学稳定性、成本和环境影响）的影响，以实现更高效、更可持续的储能解决方案。