Il-materjali tal-bidla fil-fażi (PCMs) huma klassi ta 'materjali li jistgħu jassorbu jew jirrilaxxaw ammonti kbar ta' enerġija (jiġifieri, tibdil fil-fażi) matul bidla fil-fażi. Minħabba li l-PCMs jużaw is-sħana moħbija biex jaħżnu l-enerġija, huma joffru densità għolja ta 'ħażna tas-sħana, apparati ta' ħażna termali kompatti, u jżommu temperatura essenzjalment kostanti matul il-proċess tal-bidla tal-fażi, u jagħmilhom faċli biex jiġu amministrati. Bl-għarfien globali dejjem jikber dwar il-konservazzjoni tal-enerġija, din il-karatteristika tal-PCMs ġibdet l-attenzjoni tar-riċerkaturi, u t-teknoloġija tal-ħażna termali tal-PCM qed tikseb dejjem aktar trazzjoni fil-qasam tal-ħażna tal-enerġija.
I. Introduzzjoni għall-karatteristiċi tat-teknoloġija materjali
B'mod ġenerali, teknoloġiji ta 'ħażna termali jinkludu ħażna tas-sħana u ħażna kiesħa, inkluż ħażna sensibbli tas-sħana u ħażna tal-bidla fil-fażi. Il-ħażna tas-sħana sensibbli tuża l-kapaċità tas-sħana speċifika inerenti tal-materjal biex taħżen u tirrilaxxa l-enerġija termali, filwaqt li l-ħażna tal-bidla fil-fażi tuża l-assorbiment u r-rilaxx tal-enerġija tas-sħana matul il-bidla tal-fażi tal-PCMs (materjali tal-bidla tal-fażi). Il-PCMs, bid-densità għolja tal-ħażna tas-sħana u l-varjazzjonijiet minimi tat-temperatura waqt it-tagħbija u l-iskarikar, ġibdu attenzjoni mifruxa mill-istudjużi kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment. Fil-preżent, il-materjali tal-ħażna tas-sħana jibdlu l-fażi jinkludu prinċipalment materjali organiċi, imdewweb, liga u komposti. Hemm erba 'forom ewlenin ta' bidla fil-fażi: solidu-solidu, likwidu solidu, gass solidu u gass likwidu.
Materjal ideali ta 'bidla tal-fażi solidu-likwidu għandu jkollu l-proprjetajiet li ġejjin:
(1) sħana għolja ta 'fużjoni, sabiex tkun tista' taħżen l-enerġija jew tirrilaxxa aktar sħana waqt il-bidla fil-fażi;
(2) tibdil fil-fażi xieraq temperatura biex tissodisfa l-bżonnijiet;
(3) riversibilità tajba tal-bidla tal-fażi solida-likwidu, li tista 'tevita żejjed jew sħana żejda kemm jista' jkun;
(4) konduttività termali kbira ta 'fażi solida-likwidu;
(5) espansjoni żgħira u kontrazzjoni matul il-bidla solidu-likwidu;
(6) densità għolja u kapaċità speċifika tas-sħana tal-materjali tal-bidla tal-fażi;
(7) mhux tossiku u mhux korrużiv;
(8) bi prezz baxx u faċli biex timmanifattura.
Meta mqabbel ma 'materjali tal-bidla tal-fażi solida-likwidu, il-materjali tal-bidla tal-fażi solidi-solidi għandhom ħafna vantaġġi. Il-materjali tal-bidla tal-fażi solida solida jistgħu jiġu pproċessati direttament u ffurmati mingħajr il-bżonn ta 'kontenituri. Huma għandhom koeffiċjent baxx ta 'espansjoni u bidla fil-volum minimu matul il-bidla fil-fażi. Huma ma jesperjenzawx supercooling jew separazzjoni tal-fażi, u jeliminaw il-ħtieġa għal aġenti ta 'separazzjoni kontra s-supercooling jew kontra l-fażi. Huma wkoll baxxi ħafna fit-tossiċità u korrużivi, mingħajr tnixxija, u favur l-ambjent. Huma għandhom kompożizzjoni stabbli, riversibilità tajba fil-bidla fil-fażi, u ħajja twila ta 'servizz. Huma sempliċi biex jiġu installati u faċli biex jintużaw. L-iżvantaġġi ewlenin tal-materjali tal-bidla tal-fażi solida-solida huma s-sħana baxxa tagħhom ta 'bidla fil-fażi u prezz għoli. Il-gass likwidu u l-bidla fil-fażi tal-gass solidu jinvolvu ammonti kbar ta 'gass matul il-proċess tal-bidla tal-fażi, li jirriżulta f'bidliet sinifikanti fil-volum. Għalhekk, minkejja s-sħana sinifikanti tal-bidla fil-fażi, huma rarament jintużaw f'applikazzjonijiet prattiċi.
II. Applikazzjonijiet tal-materjali tal-bidla tal-fażi
L-iżvilupp tal-materjali tal-ħażna tal-enerġija fil-bidla tal-fażi daħal gradwalment fl-istadju prattiku, primarjament għall-kontroll tat-temperaturi tar-reazzjoni, l-użu tal-enerġija solari, u għall-ħażna tas-sħana tal-iskart minn reazzjonijiet industrijali. Ħażna ta 'enerġija b'temperatura baxxa tintuża primarjament għall-irkupru tas-sħana tal-iskart, ħażna ta' enerġija solari, u sistemi ta 'tisħin u arja kondizzjonata. Ħażna ta 'enerġija b'temperatura għolja tintuża f'magni tas-sħana, impjanti tal-enerġija solari, ġenerazzjoni ta' enerġija manjetoidinamika, u satelliti. L-injezzjoni ta 'dawn il-materjali fit-tessuti tista' toħloq ħwejjeġ ħfief bi proprjetajiet ta 'insulazzjoni termali eċċellenti. Jistgħu jintużaw ukoll biex joħolqu tazzi termos li jżommu s-sħana itwal minn tazzi taċ-ċeramika ordinarji. Pavimenti ta 'l-asfalt jew tas-siment infużi b'din il-fażi ta' materjal li jinbidel jista 'jipprevjeni l-ġelu fuq toroq u pontijiet. Għalhekk, għandu prospetti wiesgħa ta 'applikazzjoni fil-materjali ta' insulazzjoni ta 'inġinerija, prodotti tal-kura tas-saħħa, tagħmir aerospazjali, għarfien militari, u ħtiġijiet ta' kuljum.
(1) Applikazzjonijiet ta 'materjali tal-bidla fil-fażi fl-industrija medika
Ħafna apparati terapewtiċi elettroniċi mediċi jeħtieġu tħaddim ta 'temperatura kostanti, li jeħtieġu l-użu ta' materjali ta 'ħażna tas-sħana kkontrollati mit-temperatura biex iżommu temperaturi operattivi f'limiti aċċettabbli. Privattiva Ġappuniża tirrapporta l-użu ta 'taħlita ta' NASO₄10H₂O u MGSO₄7H₂O bħala materjal ta 'bidla fil-fażi għall-kontroll tat-temperatura tal-kamra tal-istrumenti, iżomm it-temperatura tal-kamra madwar 25 grad. Strumenti ta 'speċjalità jistgħu wkoll jiġu inkorporati f'pakketti tas-sħana magħmula minn materjali tal-bidla fil-fażi biex jinżammu temperaturi operattivi. F’dawn l-aħħar snin, tip ta ’pakkett tas-sħana sar popolari fis-suq domestiku. Il-materjal tal-bidla tal-fażi tiegħu huwa melħ idratat b'temperatura tal-bidla tal-fażi ta 'madwar 55 grad. Folja tal-metall isservi bħala materjal taż-żerriegħa tan-nukleazzjoni. Meta l-folja tal-metall tiġi mbuttata manwalment, il-wiċċ tagħha jsir iċ-ċentru tat-tkabbir tal-kristall, li jirriżulta fir-rilaxx tas-sħana waqt il-kristallizzazzjoni. Magħquda ma 'borża li fiha ċerti mediċini tradizzjonali Ċiniżi magħrufa li jistimulaw iċ-ċirkolazzjoni tad-demm, dan joħloq effett terapewtiku, b'xi effikaċja fit-trattament ta' mard bħal artrite rewmatojde.
(2) Applikazzjonijiet ta 'materjali ta' bidla fil-fażi fil-ħażna tad-dejta
PCM hija memorja ta 'prestazzjoni għolja, mhux volatili bbażata fuq ħġieġ tal-chalcogenide. Dawn il-komposti għandhom proprjetà kruċjali: ibiddlu r-reżistenza tagħhom billi jgħaddu minn fażi għal oħra. Il-fażi kristallina tal-materjal hija reżistenza baxxa, filwaqt li l-fażi amorfa hija reżistenza għolja. It-tranżizzjonijiet tal-fażi jinkisbu billi jiġu applikati jew tneħħew il-kurrent. B'differenza mill-memorja tradizzjonali bbażata fuq NAND mhux volatili, l-apparati PCM jistgħu jappoġġjaw numru kważi illimitat ta 'kitbiet. L-apparati tal-PCM joffru wkoll vantaġġi bħal ħin ta 'rispons ta' aċċess mgħaġġel, indirizz-byte, u qari / kitba bl-addoċċ. Hija waħda mill-ħafna teknoloġiji tal-ħażna li ġew iddisinjati bħala "tbiddel il-futur." Fl-2017, tim ta 'riċerka mmexxi minn Song Zhitang, direttur tal-Istitut ta' Microsystem u Teknoloġija ta 'l-Informazzjoni ta' Shanghai, kiseb avvanz kbir fil-materjali tal-memorja ta 'bidla fil-fażi ġodda. Huma pproponew innovattivament strateġija ta 'disinn għal materjali ta' bidla ta 'fażi b'veloċità għolja, li jimminimizzaw l-addoċċ ta' nukleazzjoni fi ħdan films irqaq ta 'bidla ta' fażi amorfa biex tinkiseb kristallizzazzjoni rapida. L-apparat tal-memorja tal-bidla tal-fażi bbażat fuq SC-SB-TE, iffabbrikat bl-użu ta 'proċess ta' 0.13µm COMS, kiseb ċiklu ta 'tħassir ta' kitba riversibbli b'veloċità għolja ta '700 picoseconds u ħajja ta' ċiklu ta 'aktar minn 107 ċiklu. Meta mqabbel ma 'apparati konvenzjonali GE-SB-TE, il-konsum tal-enerġija operattiva tiegħu tnaqqas b'90%, filwaqt li żamm iż-żamma ta' data komparabbli għal għaxar snin. Fl-2018, il-manifattur taċ-ċippa tal-memorja SK Hynix beda l-produzzjoni tal-memorja crosspoint 3D ibbażata fuq il-PCM. SK spjega li ċ-ċelloli tal-memorja crosspoint 3D użati fl-SCM huma magħmula minn materjali ta 'bidla fil-fażi bbażati fuq is-sulfide. Riċentement, IBM Research wriet li l-kapaċitajiet tat-tagħlim tal-magni jistgħu jiġu aċċellerati elf darbiet bl-użu ta 'ċipep analoġiċi bbażati fuq il-memorja tal-bidla fil-fażi. Blog IBM żvela li IBM qed tistabbilixxi ċentru ta 'riċerka biex tiżviluppa ħardwer AI tal-ġenerazzjoni li jmiss u tesplora l-potenzjal tal-memorja PCM f'applikazzjonijiet AI.
