近年來，隨著電商時(shí)代的興起和人們對(duì)新鮮安全產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)，冷鏈物流如今正在飛速發(fā)展。
眾所周知，在冷鏈物流中不僅儲(chǔ)藏冷庫，運(yùn)輸冷藏車的成本較高，而且在從冷庫到消費(fèi)者的運(yùn)輸過程中，目前仍存在因蓄冷設(shè)施不到位導(dǎo)致的冷鏈“斷鏈”問題，從而也引發(fā)了一些相關(guān)的衛(wèi)生安全問題。
那么在化石能源的逐漸枯竭的今天，如何在保證冷鏈運(yùn)輸及儲(chǔ)存普及性的同時(shí)，兼顧成本與能源的高效利用呢？顯而易見的，相變蓄冷材料可為冷鏈這只猛虎添上雙翼。把相變蓄冷材料應(yīng)用于冷鏈物流設(shè)施中，不僅能夠降低冷鏈物流的成本，提升冷藏效果，延長(zhǎng)冷鮮物品的保鮮時(shí)長(zhǎng)，而且靈活方便，可有效的填補(bǔ)冷庫冷藏車與消費(fèi)者之間的冷鏈“斷鏈”空隙。
北京工商大學(xué)萬賢副教授課題組以月桂酸甲酯為蓄冷相變材料，通過凝膠-溶膠的方法，使用聚倍半硅氧烷作為支撐材料，獲得了蓄冷相變復(fù)合材料（ML/SiO2?PCMs）。與此同時(shí)，巧妙構(gòu)筑了分子間氫鍵，通過體系中PVA含量和制備溫度的改變對(duì)相變復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效調(diào)控，成功使其具有從核殼結(jié)構(gòu)微膠囊轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性能，并保持較高的相變潛熱。（熔融溫度為6.71℃，潛熱為151.3 J/g，凝固溫度為 -5.43℃，潛熱為148.9 J/g）
如圖2所示，隨著體系中PVA含量的改變，蓄冷相變復(fù)合材料的形貌發(fā)生了連續(xù)的變化。值得注意的是，PVA含量影響復(fù)合材料形貌的根本原因是其與聚倍半硅氧烷中的羥基產(chǎn)生的氫鍵作用。而溫度同樣會(huì)對(duì)氫鍵產(chǎn)生影響。在不同的制備溫度下，相變復(fù)合材料同樣呈現(xiàn)了連續(xù)的變化，如圖3所示。
在圖3中可以清晰的看到隨著反應(yīng)溫度的升高，復(fù)合材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸增多。不僅如此，通過SEM圖片右上角的插圖可以看到復(fù)合材料的斷面結(jié)構(gòu)，核殼結(jié)構(gòu)的微膠囊逐漸向多孔支撐的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。而這種外型上的轉(zhuǎn)變，又能為該復(fù)合材料帶來什么性能呢？
相變材料的優(yōu)勢(shì)
這就不得不說一下相變材料的優(yōu)勢(shì)是什么了，當(dāng)然是相變。相變就是在溫度不變的情況下能夠儲(chǔ)存更多的能量。
舉個(gè)栗子:小明的左胳膊和右胳膊分別被100℃的熱水和100℃的水蒸氣燙傷了，可令小明納悶的是，為什么右胳膊更嚴(yán)重？因?yàn)?00攝氏度時(shí)的水蒸氣碰到小明的皮膚時(shí)，不僅有顯熱，還有氣態(tài)水冷凝成液態(tài)水釋放出的相變熱。這就是相變材料的優(yōu)勢(shì)了：能攜帶更多的熱量。（此處感謝小明的犧牲。）
那復(fù)合材料呢？
毫無疑問，為了防止相變材料泄露而制備的復(fù)合材料，往往采用沒有相變能力的材料作為支撐材料，因此，在獲得穩(wěn)定性的同時(shí)，復(fù)合材料也付出了蓄能方面的損失。原因有兩個(gè)。
沒有相變能力的支撐材料拉低了復(fù)合材料的蓄能能力。就好像一個(gè)杯子的裝滿了水，一個(gè)杯子里沒有水，那么兩個(gè)杯子一平均，一杯只有一半水。
相變材料被支撐材料束縛在狹小的空間里，有部分鏈段無法正常結(jié)晶熔融進(jìn)行相變，從而進(jìn)一步降低了復(fù)合材料的蓄能能力。
本文復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)
由于該研究引入了PVA與聚倍半硅氧烷之間的氫鍵，不僅可對(duì)蓄冷相變復(fù)合材料的形貌進(jìn)行有效調(diào)控，而且通過氫鍵對(duì)相變材料月桂酸甲酯的結(jié)晶行為進(jìn)行了干預(yù)，在一定核殼比時(shí)，獲得了具有高于其理論焓值的相變焓值。
更有意思的是，即使對(duì)于同樣的核殼比，不同的制備溫度下，蓄冷相變復(fù)合材料也會(huì)表現(xiàn)出不同的焓值，如圖4所示。
除此之外，該研究中獲得的蓄冷相變復(fù)合材料還具有優(yōu)異的化學(xué)相容性和穩(wěn)定性，未來在蓄冷領(lǐng)域中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
應(yīng)用前景
這種新型的蓄冷相變復(fù)合材料，具有較好的生物相容性，無毒，過冷較小，能夠在冷鏈運(yùn)輸，冷鏈儲(chǔ)藏，便攜式蓄冷箱，便攜式蓄冷飯盒中得到廣泛的應(yīng)用，降低冷鏈能量損耗，提升冷鏈產(chǎn)品的品質(zhì)。
詳細(xì)結(jié)果參見近期發(fā)表在《Journal of Energy Storage》的文章：Xian Wan, Cong Chen, Songyun Tian, Baohua Guo, Thermal characterization of net-like and form-stable ML/SiO2 composite as novel PCM for cold energy storage. Journal of Energy Storage, 2020. 28: p. 101276.
該工作得到了國(guó)家自然基金（(NSFC No. 51503006）的資助。
