Phase Change Materials*

Koostis / struktuur

Erinev. Töötemperatuuril struktuurne ebastabiilsus, mis põhjustab faasisiirde.

Omadused

Materjalis leiab aset faasisiire, millel neeldub või eraldub soojust. See võib olla sulamine-kristallisatsioon (jää-vesi 0 °C juures, soolade lisamisega saab siirdetemperatuuri alandada), aurustumine-kondenseerumine (krüovedelikud, nt. vedel lämmastik – keemistemperatuur normaalrõhul 77 K = -196 °C), sublimatsioon (üleminek tahkest olekust gaasifaasi, nt. “kuiv jää” – tahke süsihappegaas).

Saamine

Erinev.

Rakendused

Temperatuuri stabiliseerimiseks nii toatemperatuurist kõrgemal kui madalamal. Stabilisatsioon saavutatakse tänu negatiivsele tagasisidele, mis eksisteerib.

Näidised

E64.1. Kätesoojenduspakett sisaldab aktiveeritud olekus allajahutatud naatriumatsetaadi trihüdraadi (NaCH₂COOH × 3H₂O) vesilahust. Selle aine tasakaaluline kristallisatsiooni-sulamistemperatuur on 54 °C, toatemperatuuril võib lahus aga püsida piiramatu aja vedelas mittetasakaalulises olekus. Paketis oleva metallseibi (heledam laik vasakpoolsel fotol) paenutamisega initsieeritakse kristallisatsioon, mille käigus eraldub soojust. Soojuse eraldumine kestab senikaua, kuni kogu paketis olev aine on kristalliseerunud (parempoolne foto), kristallisatsiooniprotsessi käigus stabiliseerub temperatuur väärtusel, mis sõltub väliskeskonna temperatuurist ja soojusjuhtivusest. Pakett on korduvalt kasutatav, “laadimiseks” tuleb teda kuumutada temperatuuril üle 54 °C (praktikas – keevas vees) kuni täieliku ülessulamiseni.

Märgime, et erinevalt taolisest soojenduspaketist, mis võib “käivitamata” olekus püsida lõpmatult kaua allajahutatud olekus (nt. toatemperatuuril), on tahke faasi sulamisel põhinevad külmaakumulaatorid juhul kui keskkonna temperatuur ületab stabilisatsioonitemperatuuri alati “tööseisundis”, kuna ülekuumutatud tahke faas on niivõrd ebastabiilne, et ta säilitamine on praktiliselt võimatu (normaaltingimustel ei saa jää temperatuur ületada 0 °C).

Demod, katsed

D64.1. Soojenduspaketi kasutamine.

* Siin vaadeldavate materjalide kasutatav ingliskeelne nimetus “Phase Change Materials” pole just kõige õnnestunum, kuna sama terminiga tähistatakse ka materjale, mida kasutatakse optilises infosalvestuses (laservalgusega kuumutamine põhjustab faasisiirde amorfse ja kristallilisse faasi vahel, mis muudab materjali optilisi omadusi). Neid me siin ei käsitle.

Viited:

Tänu: Tiiu Sild

Koostas: JK