Исследователи из Техасского университета A&M создали новые композитные материалы с фазовым переходом (PCM) для 3D-печати, которые могут регулировать температуру внутри зданий с помощью простого и экономичного физического процесса.
Дом, напечатанный на 3D принтере из новых композитных материалов, показал эффективнось сохранения тепла на 40% выше, чем дом из трпдиционных материалов.
Кроме того, эти композиты могут быть добавлены к обычным строительным материалам, например, к краске, или могут быть напечатаны на 3D-принтере в качестве декоративных элементов интерьера для помещений.
Материалы с фазовым переходом обладают свойством изменять свое физическое состояние в зависимости от температуры окружающей среды. Когда такие материалы поглощают тепло, они превращаются из твердого тела в жидкость и наоборот, когда выделяют тепло.
При плавлении и затвердевании при температуре фазового перехода PCM способен накапливать и выделять большое количество энергии. Таким образом, в отличие от существующих систем поддержания необходимой температуры в помещении, эти материалы являются пассивными компонентами, не требующими использования электрической энергии.
Ранее проведенные исследования показали, что для решения поставленной задачи при использовании парафинового воска с изменяющейся фазой, смешанного с жидкой смолой, смола действует как оболочка, так и как строительный материал. Этот метод блокирует частицы вещества внутри их индивидуальных полостей, позволяя им производить фазовый переход и управлять тепловой энергией без потерь.
В новых разработках исследователи впервые объединили светочувствительные жидкие смолы и порошок парафинового воска с изменяющейся фазой с целью создания оригинального композита для 3D-печати, существенно улучшив и упростив процесс производства строительных материалов.
Для проверки возможностей терморегуляции разработанных композитов с изменяющейся фазой была напечатана на 3D-принтере небольшая модель в форме дома и помещена в духовке. При этом температура внутри модели экспериментального дома отличалась на 40% от температуры модели, изготовленной из традиционных материалов.
В дальнейшем исследователи с целью обеспечения комфорта в зданиях при одновременном снижении энергопотребления планируют экспериментировать с другими материалами, обладающими эффектом фазового перехода, которые могут обеспечить возможность работы в более широких диапазонах температур и управлять большей тепловой энергией в течении заданного цикла.