Mae deunyddiau newid cyfnod (PCMs) yn ddosbarth o ddeunyddiau sy'n gallu amsugno neu ryddhau llawer iawn o egni (h.y., enthalpi newid cam) yn ystod newid cam. Oherwydd bod PCMs yn defnyddio gwres cudd i storio ynni, maent yn cynnig dwysedd storio gwres uchel, dyfeisiau storio thermol cryno, ac yn cynnal tymheredd cyson yn y bôn yn ystod y broses newid cyfnod, gan eu gwneud yn hawdd eu rheoli. Gyda'r ymwybyddiaeth fyd -eang gynyddol o gadwraeth ynni, mae'r nodwedd hon o PCMS wedi denu sylw ymchwilwyr, ac mae technoleg storio thermol PCM yn ennill tyniant yn y maes storio ynni yn gynyddol.
I. Cyflwyniad i nodweddion technoleg materol
Yn fras, mae technolegau storio thermol yn cynnwys storio gwres a storio oer, gan gynnwys storio gwres synhwyrol a storio newid cam. Mae storio gwres synhwyrol yn defnyddio gallu gwres penodol cynhenid y deunydd i storio a rhyddhau egni thermol, tra bod storio newid cam yn defnyddio amsugno a rhyddhau egni gwres yn ystod newid cyfnod PCM (deunyddiau newid cyfnod). Mae PCMs, gyda'u dwysedd storio gwres uchel a'u amrywiadau tymheredd lleiaf posibl yn ystod gwefr a rhyddhau, wedi denu sylw eang gan ysgolheigion yn ddomestig ac yn rhyngwladol. Ar hyn o bryd, mae deunyddiau storio gwres yn newid cyfnod yn bennaf yn cynnwys deunyddiau organig, halen tawdd, aloi a chyfansawdd. Mae pedair ffurf newid prif gam: nwy solid-solid, solid-hylif, nwy solid a hylif.
Dylai deunydd newid cyfnod solid-hylif delfrydol fod â'r eiddo canlynol:
(1) gwres cudd uchel ymasiad, fel y gall storio egni neu ryddhau mwy o wres yn ystod newid cam;
(2) tymheredd newid cyfnod priodol i ddiwallu'r anghenion;
(3) Gwrthdroadwyedd da newid cyfnod solet-hylif, a all osgoi gor-wneud neu orboethi cymaint â phosibl;
(4) dargludedd thermol mawr y cyfnod solid-hylif;
(5) ehangu a chrebachu bach yn ystod newid cyfnod solet-hylif;
(6) dwysedd uchel a chynhwysedd gwres penodol deunyddiau newid cyfnod;
(7) nad yw'n wenwynig ac an-cyrydol;
(8) Cost isel ac yn hawdd ei weithgynhyrchu.
O'i gymharu â deunyddiau newid cyfnod solet-hylif, mae gan ddeunyddiau newid cyfnod solet-solid lawer o fanteision. Gellir prosesu deunyddiau newid cyfnod solet-solid yn uniongyrchol a'u ffurfio heb yr angen am gynwysyddion. Mae ganddyn nhw gyfernod isel o ehangu a newid cyfaint lleiaf posibl yn ystod newid cam. Nid ydynt yn profi supercooling na gwahanu cyfnod, gan ddileu'r angen am gyfryngau gwrth-oruchafiaeth neu asiantau gwahanu gwrth-gyfnod. Maent hefyd yn isel iawn o ran gwenwyndra ac yn gyrydol, yn rhydd o ollyngiadau, ac yn gyfeillgar i'r amgylchedd. Mae ganddyn nhw gyfansoddiad sefydlog, gwrthdroadwyedd newid cyfnod da, a bywyd gwasanaeth hir. Maent yn syml i'w gosod ac yn hawdd eu defnyddio. Prif anfanteision deunyddiau newid cyfnod solid-solid yw eu gwres cudd isel o newid cyfnod a phris uchel. Mae nwy hylif a newid cyfnod nwy solid yn cynnwys llawer iawn o nwy yn ystod y broses newid cyfnod, gan arwain at newidiadau cyfaint sylweddol. Felly, er gwaethaf eu gwres newid cyfnod sylweddol, anaml y cânt eu defnyddio mewn cymwysiadau ymarferol.
II. Cymhwyso deunyddiau newid cyfnod
Mae datblygu deunyddiau storio ynni newid cyfnod wedi mynd i mewn i'r cam ymarferol yn raddol, yn bennaf ar gyfer rheoli tymereddau adweithio, defnyddio ynni'r haul, a storio gwres gwastraff o adweithiau diwydiannol. Defnyddir storio ynni tymheredd isel yn bennaf ar gyfer adfer gwres gwastraff, storio ynni solar, a systemau gwresogi a thymheru. Defnyddir storfa ynni tymheredd uchel mewn peiriannau gwres, gweithfeydd pŵer solar, cynhyrchu pŵer magnetohydrodynamig, a lloerennau. Gall chwistrellu'r deunyddiau hyn i decstilau greu dillad ysgafn gydag eiddo inswleiddio thermol rhagorol. Gellir eu defnyddio hefyd i greu cwpanau thermos sy'n cadw gwres yn hirach na chwpanau cerameg cyffredin. Gall palmentydd asffalt neu sment sy'n cael ei drwytho â'r deunydd newid cam hwn atal eisin ar ffyrdd a phontydd. Felly, mae ganddo ragolygon cymwysiadau eang mewn deunyddiau inswleiddio peirianneg, cynhyrchion gofal iechyd, offer awyrofod, rhagchwilio milwrol, ac angenrheidiau beunyddiol.
(1) Cymhwyso deunyddiau newid cyfnod yn y diwydiant meddygol
Mae angen gweithrediad tymheredd cyson ar lawer o ddyfeisiau therapiwtig electronig meddygol, gan olygu bod angen defnyddio deunyddiau storio gwres a reolir gan dymheredd i gynnal tymereddau gweithredu o fewn terfynau derbyniol. Mae patent o Japan yn adrodd y defnydd o gymysgedd o NASO₄10H₂O a MGSO₄7H₂O fel deunydd newid cyfnod ar gyfer rheoli tymheredd ystafell offerynnau, gan gynnal tymheredd yr ystafell oddeutu 25 gradd. Gellir ymgorffori offerynnau arbenigol hefyd mewn pecynnau gwres wedi'u gwneud o ddeunyddiau newid cyfnod i gynnal tymereddau gweithredu. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae math o becyn gwres wedi dod yn boblogaidd yn y farchnad ddomestig. Mae ei ddeunydd newid cyfnod yn halen hydradol gyda thymheredd newid cam o oddeutu 55 gradd. Mae dalen fetel yn gweithredu fel deunydd hadau cnewyllol. Pan fydd y ddalen fetel yn cael ei gwasgu â llaw, mae ei wyneb yn dod yn ganolbwynt tyfiant grisial, gan arwain at ryddhau gwres yn ystod crisialu. O'i gyfuno â bag sy'n cynnwys rhai meddyginiaethau Tsieineaidd traddodiadol y gwyddys eu bod yn ysgogi cylchrediad gwaed, mae hyn yn creu effaith therapiwtig, gyda rhywfaint o effeithiolrwydd wrth drin afiechydon fel arthritis gwynegol.
(2) Cymhwyso deunyddiau newid cam wrth storio data
Mae PCM yn atgof anweddol perfformiad uchel yn seiliedig ar wydr chalcogenid. Mae gan y cyfansoddion hyn eiddo hanfodol: maent yn newid eu gwrthiant wrth iddynt drosglwyddo o un cam i'r llall. Mae cyfnod crisialog y deunydd yn gwrthiant isel, tra bod y cyfnod amorffaidd yn wrthiant uchel. Cyflawnir trawsnewidiadau cyfnod trwy gymhwyso neu dynnu cerrynt. Yn wahanol i gof anweddol traddodiadol sy'n seiliedig ar NAND, gall dyfeisiau PCM gefnogi nifer bron yn ddiderfyn o ysgrifeniadau. Mae dyfeisiau PCM hefyd yn cynnig manteision fel amser ymateb mynediad cyflym, beit-cyfeiriadedd, a darllen/ysgrifennu ar hap. Mae'n un o lawer o dechnolegau storio a gyffyrddir fel "newid y dyfodol." Yn 2017, cyflawnodd tîm ymchwil dan arweiniad Song Zhitang, cyfarwyddwr Sefydliad Microsystem a Thechnoleg Gwybodaeth Shanghai, ddatblygiad arloesol mawr mewn deunyddiau cof newid cyfnod newydd. Fe wnaethant gynnig strategaeth ddylunio yn arloesol ar gyfer deunyddiau newid cyfnod cyflym, gan leihau ar hap cnewylliad o fewn ffilmiau tenau newid cyfnod amorffaidd i gyflawni crisialu cyflym. Cyflawnodd y ddyfais cof cam-newid SC-SB-TE, a luniwyd gan ddefnyddio proses COMS 0.13µM, gylch dileu gwrthdroadwy cyflym o 700 picosecond a bywyd beicio o dros 107 o gylchoedd. O'i gymharu â dyfeisiau GE-SB-TE confensiynol, gostyngwyd ei ddefnydd pŵer gweithredu 90%, wrth gynnal cadw data tebyg am ddeng mlynedd. Yn 2018, dechreuodd y gwneuthurwr sglodion cof SK Hynix gynhyrchu cof 3D Crosspoint wedi'i seilio ar PCM. Esboniodd SK fod y celloedd cof Crosspoint 3D a ddefnyddir yn SCM wedi'u gwneud o ddeunyddiau newid cyfnod sylffid. Yn ddiweddar, dangosodd IBM Research y gellir cyflymu galluoedd dysgu peiriannau fil gwaith gan ddefnyddio sglodion analog yn seiliedig ar gof newid cam. Datgelodd blog IBM fod IBM yn sefydlu canolfan ymchwil i ddatblygu caledwedd AI y genhedlaeth nesaf ac archwilio potensial cof PCM mewn cymwysiadau AI.
