日本研究人員利用以水為主要成分的熱敏性高分子凝膠研發(fā)出一種新型蓄熱材料。利用這種材料儲蓄60攝氏度以下的低溫熱量,其蓄熱密度可高達每升562千焦。
三菱電機公司和東京科學大學日前聯合發(fā)布公報介紹,工廠、汽車、辦公樓等排放的低溫廢熱值得有效利用,但通常蓄熱溫度越低,蓄熱密度也越低,迄今鮮有可以高密度儲蓄低溫熱量的蓄熱材料問世。
本項研究中,研究人員模仿主要成分為水的生命體細胞質內的大分子擁擠環(huán)境,開發(fā)出新型蓄熱材料,其原料是以水為主要成分的熱敏性高分子凝膠。
以往研究顯示,在大分子擁擠環(huán)境下,水分子會被封閉在大分子之間的狹窄空間內,其排列就會被打亂,而水分子的特性是排列越亂,能量越高。研究人員因此推測,如果可以控制大分子擁擠環(huán)境,就有可能控制水分子能量的高低,從而提高其蓄熱密度。
借助三菱電機自主研發(fā)的分子模擬技術,研究團隊設計并成功研發(fā)了大分子濃度高、擁擠環(huán)境可通過溫度控制的熱敏性高分子凝膠。這種凝膠在放熱時呈現親水性,水分子排列在高分子凝膠內部。一旦加熱這種凝膠,它就會轉變成疏水性,高分子鏈收縮,內部形成擁擠環(huán)境,水分子排列結構就會被打亂,能量得以提高。
在實驗中,新型材料儲蓄60攝氏度以下熱量時,可實現高達每升562千焦的蓄熱密度。同時,借助東京科學大學研發(fā)的合成反應控制技術,研究團隊實現了熱敏性高分子凝膠的均質化,大量合成的這種凝膠也達到與實驗同等的蓄熱密度。
公報說,這種新型材料儲蓄低溫熱量的蓄熱密度可達到現有材料的兩倍以上,將有助于實現低溫廢熱的回收再利用,應用于節(jié)能和脫碳社會建設。
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