Bước tới nội dung

Vật liệu chuyển pha

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Một túi giữ ấm natri axêtat.

Vật liệu chuyển pha là vật liệu có nhiệt nóng chảy cao, nóng chảy và đông cứng xung quanh một nhiệt độ ổn định, có khả năng thu nhận hoặc giải phóng nhiệt lượng lớn. Khi vật liệu đông cứng, nó tỏa nhiệt, khi vật liệu nóng chảy, nó thu nhiệt. Vật liệu này đóng vai trò bộ phận dự trữ nhiệt, giúp ổn định nhiệt độ cho các hệ thống sử dụng chúng.

Tính chất

[sửa | sửa mã nguồn]

Dự trữ nhiệt năng thông qua chuyển pha có thể được thực hiện khi chuyển trạng thái rắn-rắn, rắn-lỏng (hiện tượng nóng chảy), rắn-khí (hiện tượng thăng hoa), khí-lỏng (hiện tượng bay hơi). Tuy nhiên chuyển pha khí-lỏng hay rắn-khí gây ra thay đổi thể tích lớn, còn chuyển pha rắn-rắn dự trữ ít nhiệt; dẫn đến chuyển pha rắn-lỏng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng ổn nhiệt.

Trong hiện tượng nóng chảy, khi nhiệt độ của vật liệu nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy, nó ở trạng thái rắn. Cung cấp nhiệt cho vật liệu, nhiệt độ cửa nó tăng lên cho tới khi nó bắt đầu nóng chảy. Nhiệt độ của vật liệu giữ nguyên ở nhiệt độ nóng chảy, dù có cấp thêm nhiệt lượng, chừng nào vật liệu chưa tan chảy hết. Đây chính là tính chất giúp ổn nhiệt của vật liệu. Khi vật liệu tan chảy hết, nhiệt độ nó lại tiếp tục tăng khi cấp nhiệt lượng.

Ngược lại, khi nhiệt độ trong môi trường xung quanh giảm thấp; vật liệu tỏa nhiệt ra môi trường và bắt đầu đông cứng. Nhiệt độ của vật liệu sẽ giữ nguyên ở nhiệt độ nóng chảy, chừng nào nó chưa đông cứng hết.

Có một dải rộng các vật liệu chuyển pha có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ -5 tới 190 oC [1], phục vụ cho các ứng dụng ổn nhiệt khác nhau. Với ứng dụng điều hòa nhiệt độ phù hợp cho sinh hoạt của con người, tầm 20° to 30 °C, một số vật liệu đã được phát triển, chứa từ 5 đến 14 nhiệt lượng trên mỗi đơn vị thể tích hơn các vật liệu thông thường như nước, đá.

Một số vật liệu

[sửa | sửa mã nguồn]

Các muối hyđrát, axít béo và este (CH3(CH2)2nCOOH), và một số loại sáp nến (CnH2n+2) được dùng trong xây dựng. Một số chất lỏng iôn hóa cũng được nghiên cứu. Đa số các vật liệu này khi sử dụng cần được bọc bên ngoài bằng các túi đựng hoặc các vật liệu chống đỡ khác.

Vật liệu
 Hữu cơ
 Điểm nóng chảy
oC
 Nhiệt nóng chảy
kJ·kg−1
 Nhiệt nóng chảy
MJ·m−3
 cp
rắn
kJ·kg−1·K−1
 cp
lỏng
kJ·kg−1·K−1
 ρ
rắn
kg·m−3
 ρ
lỏng
kg·m−3
 k
rắn
W·m−1·K−1
 C
rắn
kJ·m−3·K−1
 C
lỏng
kJ·m−3·K−1
 e
rắn
J·m−2·K−1·s−1/2
 Chi phí
USD·kg−1
Nước Không &00000000000000000000000 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng333,6 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng319,8 &00000000000000020499992,05 &00000000000000041859994,186 &0000000000000917000000917 &00000000000010000000001.000 &0000000000000001.9100001.6[2]-2.22[3] &00000000000018800000001.880 &00000000000041860000004.186 &00000000000018900000001.890 &00000000000000000031250,003125[4]
Axít lauric Có[5][6] &000000000000004420000044,2[7] &0000000000000211599999211,6 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng197,7 &00000000000000017600001,76 &00000000000000022700002,27 &00000000000010070000001.007 &0000000000000862000000862 ? &00000000000017720000001.772 &00000000000019570000001.957 ? &00000000000000001000000,1[8][9]
TME(63%w/w)+H2O(37%w/w) Có[5][6] &000000000000002980000029,8 &0000000000000218000000218,0 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng240,9 &00000000000000027500002,75 &00000000000000035800003,58 &00000000000011200000001.120 &00000000000010900000001.090 ? &00000000000030800000003.080 &00000000000039020000003.902 ? ?
Mn(NO3)2·6H2O+MnCl2·4H2O(4%w/w) Không[10][11] &0000000000000020.00000015 - 25 &0000000000000125900000125,9 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng221,8 &00000000000000023399992,34 &00000000000000027799992,78 &00000000000017950000001.795 &00000000000017280000001.728 ? &00000000000042000000004.200 &00000000000048040000004.804 ? ?
Na2SiO3·5H2O(ngậm 5 nước) Không[10][11] &000000000000004800000048 &0000000000000267000000267,0 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng364,5 &00000000000000038300003,83 &00000000000000045700004,57 &00000000000014500000001.450 &00000000000012800000001.280 &0000000000000000.115500.103−.128[12] &00000000000055540000005.554 &00000000000058500000005.850 &0000000000000801000000801 &00000000000000080399998,04[13]
Nhôm Không &0000000000000660320000660,32 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng396,9 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng1,007,2 &00000000000000008969000,8969 ? &00000000000027000000002.700 &00000000000023750000002.375 &0000000000000237000000237[14][15] &00000000000024220000002.422 ? &000000000002396000000023.960 &00000000000000020462602,04626[16]
Đồng Không &00000000000010846199991.084,62 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng208,7 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng1,769,5 &00000000000000003846000,3846 ? &00000000000089400000008.940 &00000000000080200000008.020 &0000000000000401000000401[17] &00000000000034380000003.438 ? &000000000003713000000037.130 &00000000000000068125606,81256[18]
Vàng Không &00000000000010641800001.064,18 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng63,72 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng1,166,3 &00000000000000001290000,129 ? &000000000001930000000019.300 &000000000001731000000017.310 &0000000000000318000000318[19] &00000000000024910000002.491 ? &000000000002814000000028.140 &000000000003429780000034.297,8[18]
Sắt Không &00000000000015380000001.538 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng247,3 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng1,836,6 &00000000000000004495000,4495 ? &00000000000078740000007.874 &00000000000069800000006.980 &000000000000008040000080,4[20] &00000000000035390000003.539 ? &000000000001687000000016.870 &00000000000000003248000,3248[21]
Chì Không &0000000000000327459999327,46 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng23,02 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng253,2 &00000000000000001285990,1286 ? &000000000001134000000011.340 &000000000001066000000010.660 &000000000000003529999935,3[22] &00000000000014590000001.459 ? &00000000000071800000007.180 &00000000000000021150992,1151[18]
Lithi Không &0000000000000180539999180,54 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng432,2 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng226,0 &00000000000000035815993,5816 ? &0000000000000534000000534 &0000000000000512000000512 &000000000000008479999984,8[23] &00000000000019130000001.913 ? &000000000001274000000012.740 &000000000000006221640062,2164[24]
Bạc Không &0000000000000961779999961,78 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng104,6 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng1,035,8 &00000000000000002350000,235 ? &000000000001049000000010.490 &00000000000093200000009.320 &0000000000000429000000429[25] &00000000000024650000002.465 ? &000000000003252000000032.520 &0000000000000492524000492,524[18]
Titan Không &00000000000016680000001.668 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng295,6 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng1,273,5 &00000000000000005234990,5235 ? &00000000000045060000004.506 &00000000000041100000004.110 &000000000000002189999921,9[26] &00000000000023590000002.359 ? &00000000000071900000007.190 &00000000000000080469008,0469[27]
Thiếc Không &0000000000000419529999419,53 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng112,0 &Lỗi biểu thức: Dấu phân cách “,” không rõ ràng767,5 &00000000000000003896000,3896 ? &00000000000071400000007.140 &00000000000065700000006.570 &0000000000000116000000116[28] &00000000000027820000002.782 ? &000000000001796000000017.960 &00000000000000021573502,15735[18]

Công nghệ

[sửa | sửa mã nguồn]

Công nghệ bọc giữ các vật liệu chuyển pha bao gồm:

  • Bọc vĩ mô: vật liệu được bọc trong các túi đựng (như hình cầu, hình trụ). Công nghệ này có nhược điểm là độ dẫn nhiệt thấp, và các vật liệu có xu hướng đông cứng ở rìa gần vỏ bọc, giảm đáng kể tính dẫn nhiệt của hệ thống.
  • Bọc vi mô: trong công nghệ này, vật liệu chống đỡ truyền thống, như bê tông trong vật liệu xây dựng, có những lỗ rỗng nhỏ, chứa đầy các vật liệu chuyển pha. Các hạt vật liệu chuyển pha cũng có thể được phủ lên lớp bảo vệ mỏng và thả vào chất lỏng như nước.
  • Bọc phân tử: là công nghệ phát triển bởi Dupont de Nemours cho phép ngấm vật liệu chuyển pha ở mật độ cao lên các polyme. Nhiệt lượng dự trữ có thể tới 515 kJ/m2 cho những miếng dày 5 mm (103 MJ/m³). Phương pháp này cho phép việc khoan cắt không làm rò rỉ vật liệu chuyển pha.

Một số hệ thống sử dụng vật liệu composit chuyển pha, có thể là lưới kim loại nhúng trong sáp nến; trong đó lưới kim loại đem lại tính dẫn nhiệt và chịu lực mong muốn, còn sáp nến đem lại khả năng ổn nhiệt.

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]
  1. ^ M. Kenisarin and K. Mahkamov, Renewable & Sustainable Energy Reviews 11 (2007) 1913-1965
  2. ^ HyperPhysics, most from Young, Hugh D., University Physics, 7th Ed., Addison Wesley, 1992. Table 15-5. (most data should be at 293 K (20oC;68oF))
  3. ^ http://www.engineeringtoolbox.com/ice-thermal-properties-d_576.html
  4. ^ AAP (ngày 21 tháng 4 năm 2009 12:10PM). “Melburnians face 60pc water cost rise - MELBURNIANS face paying up to 60 per cent more for water and sewerage under proposals announced today by the state's economic regulator”. The Australian. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010. Kiểm tra giá trị ngày tháng trong: |date= (trợ giúp)
  5. ^ a b A. Sari et al. Energy Convers. Manage 43 (2002) 2493
  6. ^ a b H. Kakuichi et al., IEA annex 10 (1999)
  7. ^ Beare-Rogers, J.; Dieffenbacher, A.; Holm, J.V. (2001). “Lexicon of lipid nutrition (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 73 (4): 685–744. doi:10.1351/pac200173040685.
  8. ^ “lauric acid Q/MHD002-2006 lauric acid CN;SHN products”. Alibaba.com. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  9. ^ “Fatty Acids - Fractioned (Asia Pacific) Price Report - Chemical pricing information”. ICIS Pricing. Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 3 năm 2010. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  10. ^ a b K. Nagano et al. Appl. Therm. Eng. 23 (2003) 229
  11. ^ a b Y. Zhang et al. Meas. Sci. Technol 10 (1999) 201
  12. ^ Kalapathy, Uruthira; Proctor, Andrew; Shultz, John (ngày 10 tháng 12 năm 2002). “Silicate Thermal Insulation Material from Rice Hull Ash”. Industrial & Engineering Chemistry Research. 42 (1): 46–49. doi:10.1021/ie0203227.
  13. ^ “SODIUM SILICATE (WATER GLASS)”. Sheffield-Pottery.com. Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 7 năm 2011. Truy cập 6 tháng 10 năm 2015.
  14. ^ “Hukseflux Thermal Sensors”. Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 10 năm 2011. Truy cập ngày 12 tháng 9 năm 2010.
  15. ^ http://www.goodfellow.com/E/Aluminium.html
  16. ^ “Aluminum Prices, London Metal Exchange (LME) Aluminum Alloy Prices, COMEX and Shanghai Aluminum Prices”. 23 tháng 2 năm 2010. Bản gốc lưu trữ ngày 24 tháng 11 năm 2010. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  17. ^ http://www.goodfellow.com/E/Copper.html
  18. ^ a b c d e “Metal Prices and News”. 23 tháng 2 năm 2010. Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 2 năm 2010. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  19. ^ http://www.goodfellow.com/E/Gold.html
  20. ^ http://www.goodfellow.com/E/Iron.html
  21. ^ “Iron Page”. 7 tháng 12 năm 2007. Bản gốc lưu trữ ngày 24 tháng 11 năm 2010. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  22. ^ http://www.goodfellow.com/E/Lead.html
  23. ^ http://www.goodfellow.com/E/Lithium.html
  24. ^ “Historical Price Query”. 14 tháng 8 năm 2009. Bản gốc lưu trữ ngày 25 tháng 9 năm 2010. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  25. ^ http://www.goodfellow.com/E/Silver.html
  26. ^ http://www.goodfellow.com/E/Titanium.html
  27. ^ “Titanium Page”. 28 tháng 12 năm 2007. Bản gốc lưu trữ ngày 18 tháng 10 năm 2010. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2010.
  28. ^ http://www.goodfellow.com/E/Zinc.html

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn]
Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Vật_liệu_chuyển_pha&oldid=70584478”