纳米胶囊相变材料的制备及其性能研究(4)
(1)芯材
纳米胶囊相变材料的芯材是固--液或固--固相变材料。它是纳米胶囊的核心，其材料的选择直接关系到传热和温度控制的性能。目前，可作为胶囊芯材的固--液和固--固相变材料很多，主要包括：结晶水合盐、共晶水合盐、石蜡、脂肪酸类等[6]，其中以结晶水合盐和石蜡最为常用。
结晶水合盐具有贮热密度高、导热系数大、体积膨胀率小等优点，但是与其它相变材料相比，对传热设备的腐蚀性限制了它的一些应用。另外，结晶水合盐在环境温度和湿度发生变化时，会改变组分的结晶度，出现过冷现象，并且使用结晶水合盐作相变贮热材料时，必须使用特殊的非腐蚀性密封容器以保持其组成的稳定性[7]。
石蜡类有机物是另一类使用较多的相变材料。石蜡主要由直链烷烃混合而成，主要是含碳数14～50的正构烷烃，熔点5～90℃，价格与无机盐相当。石蜡作为贮热材料具有以下优点：无过冷及析出现象、性能稳定、无毒、无腐蚀、价格便宜等[8]。但在应用中也有其不足之处，例如：石蜡能降解塑料，与某些金属容器共溶。当石蜡暴露在空气中时，易被氧化生成有机酸。作为相变材料，石蜡在导热过程中没有离子或电子的参与，导热率低，往往需要加入金属网之类的物质强化传热。另外，有机物的密度比无机盐低，作为相变材料其体积储热密度比无机盐小[9] 。
(2)壳材
壳材的选择对纳米胶囊性能起着决定性作用。针对不同的应用，对纳米胶囊的壳材有不同的要求。很多种无机材料和有机材料均可用作壳材，但高分子材料最为常用。目前可作为纳米胶囊壳材的高分子材料有：天然高分子，如明胶、树胶、阿拉伯胶、淀粉等；半合成高分子如羧甲基纤文素、甲基纤文素、乙基纤文素等；全合成高分子如聚丁二烯、聚乙烯等[10]。天然高分子和半合成高分子构成的外壳存在力学强度差、弹性差、易水解、不耐高温等缺点，不适合作为纳米胶囊的外壳，一般选用成膜性好、化学稳定性好的全合成高分子材料[11]。可选用的有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺--甲醛树脂等[12]。
同时，作为包覆相变材料的壳材必须与芯材及环境有很好的兼容性。首先，纳米胶囊芯材不能在可溶解壳聚物的溶剂中溶解；聚合物也不能在液态芯材中明显溶解。其次，壳材的使用温度必须高于内核的相变温度；在纳米胶囊的使用上，壳材不能溶解于环境中或者与环境发生反应[13]。
1.2.3 纳米胶囊相变材料的国内外研究现状
国外早在70年代就开始了对相变材料的研究，我国是在80年代初开始着手对其进行研究的，早期的主要研究对象是无机水合盐类相变材料。到了90年代中期，研究重点慢慢开始转向有机储热材料及固-固相变储能材料，目前国内外制备高分子固—固相变材料的方法主要有物理法和化学法，物理法包括吸附法、共混法和微胶囊法；化学法包括接枝法和嵌段共聚法。近年来，美、德、日等国都发表了许多关于相变材料方面的专利和研究论文。目前对相变储能材料的开发，已逐步进入了实用阶段。在实际应用中，单一的相变材料总存在一些不尽如人意的地方，人们便设想了各种各样的方法来克服这些不足，比如将同类或不同类的相变材料按比例混合、共熔，或者加入某些物质以利用化学方法对相变材料进行一定的改性等。用类似的这些方法得到的相变材料称之为复合相变材料。复合相变材料既能有效克服单一的相变材料存在的缺点，又能改善相变材料的应用效果，拓展其应用范围，是近年来研究的热点[14]。
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