PCM全称相变材料(Phase Change Materials) ,是一种能在特定温度下发生物态变化,并在这个过程中吸收或释放大量潜热的神奇材料。就好比水在 0℃时会结冰,从液态变为固态,这个过程会释放热量;而冰在 0℃以上又会融化成水,吸收热量。PCM 的相变过程与之类似,只不过它的相变温度范围更广,能满足不同场景的需求。
从微观角度来看,当温度升高到 PCM 的熔点时,其分子、原子或离子获得足够能量,挣脱原有的晶格束缚或分子间作用力,材料从固态逐渐转变为液态,这个过程中吸收的热量主要用于改变物质内部结构,而不是升高温度,所以在相变完成前,温度基本保持不变。反之,当温度下降到凝固点,材料又会从液态变回固态,释放出之前储存的潜热。
衡量 PCM 性能的关键指标,一个是相变潜热,它反映了材料在相变过程中吸收或释放热量的能力,相变潜热越高,储能效果越好;另一个是热导率,热导率越大,材料传导热量就越快、越容易 ,能更高效地进行热量的传递与交换。
导热相变材料
导热相变材料的优点
●相变特性
在室温下材料为固体,并且便于处理,可以将其作为干垫清洁而用于散热片或器件的表面。当达到器件工作温度时相变材料变软,在压紧力的作用下材料就像热滑脂一样填充间隙。这种完全填充界面气隙和器件与散热片间空隙的能力,可以使相变材料提前涂覆,便于运输和安装,并且获得类似于热滑脂的性能。
●稳定性与耐久性
相变导热材料另一大优势在于其稳定性与耐久性,能够在长时间热循环和 HAST 试验后依然保持杰出的热稳定特性,并且其热阻表现为降低趋势。因此相比于导热硅脂,相变导热材料有助于提升IGBT 这类电子器件装配的整体耐久性。
●易返修
导热界面材料在裸露的芯片中是直接填充在散热器于芯片表面的,为了保证较低的热阻,相变材料熔融后会很好的填充两个固体表面的间隙。而返工返修时,导热相变材料极易拆卸,可有效避免拆卸所带来的芯片应力破坏。
导热相变材料的应用领域
PCM 凭借其独特的储能特性,在多个领域都发挥着重要作用 ,有效解决了不少实际问题。
导热相变材料的应用领域
1、建筑节能领域
PCM 可集成于墙体、屋顶、地板等建筑结构中,充当 “智能温度调节器”。当室内温度升高时,PCM 吸收热量发生相变,将热能储存起来,减缓室内温度上升速度;当温度降低,它又释放储存的热量,维持室内温暖。在一些被动式太阳能建筑系统中,PCM 的应用成功减少了约 30% 的空调能耗 ,大幅降低了建筑运行的能源成本,让房屋更加绿色环保。
2、电子设备散热领域
电子设备在运行时会产生大量热量,若不及时散发,会影响设备性能和寿命,严重时甚至引发热失控。PCM 能很好地应对这一问题,比如在 CPU、锂电池等关键部件中,PCM 可以吸收多余热量,防止温度过高。盛恩 SP 系列 PCM 应用于锂电池热管理,可使电池温度降低 62.5%,有效保障了电子设备的稳定运行和使用安全。
3、冷链物流领域
在冷链运输中,维持低温环境对保证货物质量至关重要。PCM 制成的蓄冷剂被广泛应用,当外界温度升高,PCM 吸收热量,从固态变为液态,持续为冷链系统提供冷量,确保运输的食品、药品等始终处于适宜的低温状态,延长其保质期,减少损耗。
4、航空航天领域
航空航天设备在复杂的温度环境下工作,PCM 能帮助调节设备温度。例如在航天器热控系统中,PCM 相变微胶囊涂层技术可在高温时吸收热量,保护内部精密仪器不受高温损坏,确保设备在极端环境下正常运行。