محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شدند با بهره‌گیری از فرایند و موادی ساده و ارزان‌قیمت، نانوکامپوزیت‌هایی را تولید کنند که به‌عنوان عایق‌های تنظیم‌کننده‌ی دما برای مدیریت انرژی حرارتی در صنایع ساختمان‌سازی، نساجی، پلیمر و بسته‌بندی مواد قابل استفاده هستند.
در سال‌های اخیر با در نظر گرفتن افزایش تقاضای مصرف انرژی و رشد جمعیت جهان، ذخیره‌ی انرژی حرارتی به‌عنوان یکی از مفیدترین راه‌های استفاده‌ی مؤثرتر از گرما گسترش یافته است. از سوی دیگر با توجه به افزایش روزافزون هزینه‌های مربوط به تولید انرژی، مسئله‌ی صرفه‌جویی در مصرف انرژی نیز در دستور کار بسیاری از صنایع قرار دارد. در این راستا، اهمیت استفاده از عایق‌های حرارتی کارآمد ضروری به نظر می‌رسد.
دکتر مجید منتظر، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ضمن معرفی مواد تغییر فاز دهنده به‌عنوان موادی در حال پیشرفت در حوزه‌ی ذخیره‌ی انرژی گرمایی افزود: «در طرح حاضر تلاش شده تا با استفاده از فناوری نانو، کارایی مواد تغییر فاز دهنده را ارتقا بخشیده و عیوب آن را کمتر کنیم.»
استفاده از سنتز تک مرحله‌ای سریع و ارزان
به گفته‌ی این محقق، روش سنتز مورد استفاده در این طرح یک روش ساده، ارزان، تک‌مرحله‌ای و سریع است که عدم نیاز به فرایندهای الکتروریسی، نانو و میکرو کپسول کردن، پلیمریزاسیون، عدم نیاز به استفاده از حلال، کاهش تعداد مراحل و زمان فرایند، عدم نیاز به سنتز یا فراهم‌سازی جداگانه‌ی نانوذرات و دوست دار محیط‌زیست بودن فرایند از جمله مزیت‌ها و نوآوری این پروژه هستند.
به‌طورکلی، مواد تغییر فاز دهنده به موادی گفته می‌شود که قادر به ذخیره و رهاسازی انرژی حرارتی بر پایه‌ی گرمای نهان و تغییر فاز بین جامد و مایع هستند. مواد تغییر فاز دهنده آلی یکی از مواد درحال توسعه در این حوزه هستند که علی‌رغم دارا بودن مزایای بسیار، دو مشکل عمده دارند: ۱-نشت و رهاسازی مواد در حین فرایند ذوب و انجماد و ۲- هدایت حرارتی ضعیف. در پروژه یحاضر با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی در حضور نانوذرات مس و الیاف پلی‌استر، ضمن رفع عیوب اسیدهای چرب، کارایی آن‌ها نیز به سطح بهینه رسیده است.
منتظر در تشریح مراحل ارزیابی نانوساختار سنتز شده افزود: «ارزیابی نانوکامپوزیت سنتز شده را می‌توان به دو بخش تقسیم کرد. بخش اول مربوط به آزمون‌های مشخصه‌یابی است که به کمک میکروسکوپ الکترونی و آزمون‌های آنالیز عنصری، پراش پرتو ایکس و طیف‌نگاری مادون‌قرمز، حضور نانوذرات مس در ساختار تولید شده تائید شد. در بخش دوم عملکرد حرارتی ساختار نانوکاپوزیتی به کمک روش‌های گرماسنجی روبشی تفاضلی، آنالیز توزین حرارتی و آنالیز هدایت حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت.»
محدوده‌ی حرارتی کامپوزیت‌های تولیدشده
کامپوزیت‌های تولیدشده دارای محدوده‌ی حرارتی کاربردی وسیع از ۲۹٫۴-۳۴٫۲ تا °C 52.7-35.7 با گرمای نهان مناسب ۴۰٫۳-۵۳٫۹ و J/g 41.9-55.0 برای سیکل‌های گرمایش و سرمایش بوده‌اند. حضور نانوذرات مس در ساختار نانوکامپوزیت موجب افزایش هدایت حرارتی با حداقل ۷۷٫۵درصد و حداکثر ۱۰۰٫۴درصد می‌شود. همچنین ساختار تولیدشده پس از ۱۰۰ سیکل گرمایشی-سرمایشی، دوام و پایداری حرارتی خود را حفظ می‌کند.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های پروفسور مجید منتظر و علی بشیری رضایی- به ترتیب عضو هیأت علمی و دانش‌آموخته مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی امیرکبیر است. نتایج این کار در مجله‌ی Applied Energy با ضریب تأثیر ۷٫۹ (جلد ۲۲۸، سال ۲۰۱۸، صفحات ۱۹۱۱ تا ۱۹۲۰) منتشر شده‌است.
منبع: Polym Part