اثر تک رشته کربن اصلاح شده بر پایداری شکلی، کاهش نشتی و کارایی ذخیره گرمایی سامانه تغییر فاز بر پایه پلی (اتیلن گلیکول)

مواد تغییر فاز (PCMs) حین تغییر فاز از حالت جامد به مایع قادر به ذخیره انرژی گرمایی به صورت نهان هستند. پژوهشگران در پژوهش های پیشین معمولا از روش میکروکپسول دارکردن PCM برای برطرف کردن مشکل نشتی حین ذوب استفاده کرده اند. اما این روش ایرادهایی مانند هزینه زیاد، دشواری کپسول دارکردن، رسانندگی گرمایی کم و پیچیدگی کنترل کیفیت محصول را به دنبال داشته است. در این پژوهش به منظور برطرف کردن مشکل نشتی، از روش تلقیح PCM درون ساختار پشتیبان متخلخل استفاده شده است. تخلخل مواد پشتیبانی کننده به ماده تغییر فاز (در حالت مایع) اجازه می دهد آزادانه در سراسر شبکه سه بعدی جریان یابد تا درصد بیشتری PCM را در ساختار خود جا دهد. مواد متخلخل به دلیل بهبود نیروی موئینگی، از نشت مذاب مواد تغییر فاز جلوگیری می کنند.

در این پژوهش برای رفع مشکل نشتی ماده تغییر فاز پلی (اتیلن گلیکول) (PEG)، از تک رشته های کربن (CF) به عنوان ساختار پشتیبان استفاده شد و برای بهبود سازگاری با PEG اصلاح شدند. پس از اکسایش CF با محلول اسیدی (CFO)، اصلاح سطحی آن با تولوئن دی ایزوسیانات و اتیلن گلیکول در دمای 90 درجه سلسیوس  انجام شد. سپس، سامانه تغییر فاز جدید با روش آغشته سازی PEG مذاب در ترکیب درصدهای متفاوت (3 تا 6 درصد وزنی) از تک رشته های کربن اصلاح شده در دمای 80 سلسیوس به دست آمد.

اصلاح شیمیایی باعث ایجاد گروه های عاملی روی سطح CF و در نتیجه امتزاج پذیری بهتر با PEG شد. به دلیل اتصال فیزیکی بین PEG وتک رشته های اصلاح شده، نشتی سامانه تغییر فاز به % 2.42 رسید ، در حالی که بازده آنتالپی سامانه فقط %15 کاهش داشته است. از طرفی نفوذ گرمایی سامانه تغییر فاز دارای CF معادل 8-10× 1.2 متر مربع بر ثانیه به دست آمد، بنابراین سامانه ای یکپارچه و پایدار شکلی با جذب انرژی گرمایی حدود %44 ایجاد شد.