麻省理工研制新型相變材料：可打造光觸發(fā)“化學(xué)熱電池”

時(shí)間:2017-11-27 14:59來源:cnBeta 作者:綜合報(bào)道
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麻省理工博士后 Grace Han 手持一種可以作為熱電池的新型化合物。

　　麻省理工的科學(xué)家們正在開發(fā)一種新型化學(xué)復(fù)合材料，它能夠吸收來自太陽或其它來源的熱能、將之存儲(chǔ)一段時(shí)間，然后在暴露于光的情況下、以受控的方式將能量釋放。這種相變材料由脂肪酸和有機(jī)化合物混制而成，有望在未來某天為發(fā)展中國家的人們儲(chǔ)存和提供能源。這項(xiàng)技術(shù)可以運(yùn)用到類似太陽灶的設(shè)備上，在白天吸收太陽能，并在夜間釋放。
 
　　科學(xué)家和工程師們對相變材料的潛在應(yīng)用很有興趣，當(dāng)它們從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的時(shí)候，可以吸收或釋放大量的熱能（反之亦然）。這項(xiàng)技術(shù)能夠用于調(diào)節(jié)建筑的熱量、打造“熱電池”、甚至在開車上班的路途中讓咖啡保持熱度。
 
　　使用相變材料作為熱源的原理很簡單，比如冰塊從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)水的過程中，就需要吸收一定的熱量。這也是在某個(gè)異常溫暖的日子，雪也不會(huì)突然融化；以及為什么放在冰箱里的冰塊，比不銹鋼方塊更能冷卻飲料的原因之一。
 
　　與蠟、脂肪酸、熔融鹽一樣，相變材料的難處在于如何處在一個(gè)合理的溫度下改變其相位、長時(shí)間保持液態(tài)、以及根據(jù)需要來釋放熱量。第二種材料需要厚隔離，第三種則需要可在輕微加熱、或者接觸催化劑時(shí)釋放能量的相變材料。
 
　　由麻省理工博士后 Grace Han 和 Huashan Li、以及 Jeffrey Grossman 教授帶領(lǐng)的這項(xiàng)研究，本質(zhì)上還是引入了小分子來充當(dāng)相變轉(zhuǎn)換時(shí)的光電觸發(fā)物（這里用的是十三脂肪酸、偶氮苯摻雜劑和十三酯組成的混合物）。
 
 
這種形式的化學(xué)能可以維持很長一段時(shí)間，直到其被光觸發(fā)激活。
 
　　這種混合材料可在被加熱時(shí)液化，但當(dāng)暴露于紫外線之下的時(shí)候，即使冷卻下來，它依然可以是液態(tài)。這意味著大部分熱量都在鎖在了這種化合物中（每克約 200 焦耳），這對有機(jī)相變材料來說已經(jīng)很不錯(cuò)了。
 
　　而用另一束光，又可以觸發(fā)脂肪酸和相變材料的固化并釋放能量。研究人員稱，這種特性，讓它很適合作為一種按需釋放熱量的“化學(xué)熱電池”、能夠?qū)崃績?chǔ)存 10 個(gè)小時(shí)以上、而且還有改進(jìn)的空間。
 
　　目前，麻省理工的這種相變材料還處于概念驗(yàn)證階段，但它已經(jīng)能夠應(yīng)對 10 ℃（18 ℉）的溫度變化。其不僅能夠在太陽能炊具中發(fā)揮作用，也能夠用于干燥谷物、或回收工廠或車輛的廢熱，以供后續(xù)使用。
 
　　有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然通訊》（Nature Communications）期刊上。
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