3D打印等级孔结构中相变材料的可调控热传导与储热特性

在实际应用中，由周期性基元胞（PBC）组装而成的多孔结构是相变材料（PCM）的重要载体。PBC的构型及其拓扑结构对多孔结构的热传导以及PCM的储热性能有着显著影响。本研究构建了一个针对多孔结构的多尺度拓扑优化框架，该框架可先确定PBC的最优构型，进而确定其最优密度分布。优化后的拓扑结构呈树状，表现为不同密度的PBC形成的分级孔隙。与未优化结构相比，这种等级孔结构成功将最高温度降低了22%，提高了9%的温度均匀性，并将熔化时间缩短了8%。通过选择性激光熔化3D打印制备了具有不同拓扑结构的多孔结构，用于封装石蜡。实验验证，即使孔隙率相同，与均匀结构相比，等级孔结构仍可将熔化时间缩短10.4%。这一进展突破了传统观念中孔隙率固定后多孔结构有效热导率无法调节的限制，为改善PCM的熔化行为开辟了新思路。

图 基于最优PBC重建的等级孔结构，及其与基于立方PBC的立方孔结构、基于最优PBC的均匀孔结构及梯度孔结构的温度对比

该文章发布链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202402089