气相二氧化硅在相变材料中的应用

随着科学技术和工业的快速发展，能源消耗急剧增加，寻找清洁、可再生和无毒的生产和储存能量的方法正成为迫在眉睫的挑战。潜热存储技术以其高效、实用的特点受到人们的广泛关注，它利用了在恒温范围内发生相变时能量的吸收和释放，通常采用密封容器，不涉及化学反应，完全环保，符合可持续发展的要求。

PCM（相变材料）在潜热储存方面发挥着重要作用，相变材料主要分为有机相变材料和无机相变材料。水合盐是一种性能优良的无机PCM，具有相变大、成本低的特点。值得注意的是，大部分水合盐是不稳定的，暴露在空气中很容易失去结晶水。这种现象会削弱相变材料的储热性能和稳定性，因为相变材料在加热-冷却循环后，由于脱水的作用，无机盐会被分离出来。因此，水合盐不仅需要降低过冷度，还需要包装，使其免受外界环境的影响，使长期能源储存更加有效。

气相二氧化硅作为一种具有多孔结构的纳米材料，它具有耐高温、化学惰性和增稠性等优良特性，是改性包括水合盐在内的PCMs的理想材料。高比表的气相二氧化硅相互聚集形成大量孔隙，水合盐等物质在毛细力的作用下被吸附到这些孔隙中，有利于水合盐在气相二氧化硅中良好的分散性，也有助于密封，防止它在空气中脱水。气相二氧化硅表面丰富的Si-OH基团使得其与水合盐混合物具有良好的润湿性和相容性，同时其较大的表面积为非均相成核提供了大量的位点，这些都有利于混合物晶体在气相二氧化硅表面的附着和生长。部分粒子间的聚集也增加了自由能，使液体不稳定，同时推动了结晶过程。这些因素都迫使结晶核的形成，加速了水合盐的结晶，降低了PCM的过冷度。

简而言之，气相二氧化硅复合PCM具有多方面的优势，包括简单的制备过程，适用的相变温度，中等熔化焓，可忽略的过冷度，形状稳定，导热系数低，循环后的相变行为优异的热可靠性和防火性能，这些性能都标志着其具有巨大的应用潜力。