Кристаллы сберегут тепло
Хранение тепловой энергии при помощи фазопереходных теплоаккумулирующих материалов (ФТАМ) – перспективная технология, призванная повысить энергосбережение и энергоэффективность. В таких материалах передача тепловой энергии происходит во время фазового перехода, когда материал претерпевает фазовую трансформацию, например, из твердого в жидкое состояние.
В Государственном университете «Дубна» на кафедре химии, новых технологий и материалов силами команды сотрудников, студентов и аспирантов активно развивается направление по созданию теплосберегающих систем на основе кристаллогидратов с различными температурами фазовых переходов в диапазоне от 25 до 70°C. Руководит работой заведующая кафедрой, доцент, кандидат химических наук Светлана Моржухина. Командой, в которой наиболее активную роль играли старшие преподаватели кафедры химии, новых технологий и материалов Дмитрий Тестов, Артем Моржухин, а также студенты Константин Гринь и Надежда Ильина, разработана методология выбора наиболее подходящих для конкретных рабочих температур кристаллогидратов и их получения с минимизацией или полным устранением основных недостатков. По итогам исследований получены восемь патентов.
В 2023 году Фонд содействия инновациям поддержал два проекта, предложенные командой Светланы Моржухиной: по созданию теплоизоляционного композитного материала и многофункциональной теплосберегающей панели для системы теплого пола. В проектах применяются созданные в университете уникальные высокоэффективные теплоаккумулирующие материалы. Их основа – смесь кристаллогидратов с различными температурами фазовых переходов в диапазоне от 30 до 45°C.
Рассказ о первом проекте стоит начать с замечания, что большинство фазопереходных теплоаккумулирующих материалов испытывают фазовый переход «твердое – жидкое». Однако при охлаждении электроники или отводе тепла от промышленных установок зачастую нельзя допускать образование жидкой фазы. Поэтому химики университета «Дубна» разработали максимально доступные технологии включения создаваемых материалов в пористую либо волокнистую углеродную структуру – тоже подготовленную по авторским методикам. Такой процесс плавления внутри углеродной матрицы позволяет избежать образования жидкой фазы вне ее. Использование новых материалов для пропитки различных углеродных волокон может существенно повысить эффективность систем теплоизоляции. Матрицей материала является графитовый войлок или волокнистые углеродные материалы, которые значительно увеличивают теплопередачу и обеспечивают образование жидкой фазы внутри углеродного материала при плавлении в результате нагревания.