[科技资讯] MIT研究团队研制“分子开关”，以此制造低成本热电池

相变材料性能的精确控制将为相变材料的广泛应用打开大门。

相变材料是指随着温度的变化而改变状态，并能提供潜热的物质。物理性质转变过程称为相变过程，相变材料会吸收或释放大量潜热。

背景|热性能

吸热和散热是相变材料最基本和最重要的特性，因此研究和开发相关产品是相变材料应用最广泛的领域。

在空航空航天领域，保护宇航员和宇宙飞船大多使用相变材料，所以这种材料在上个世纪是俄国和美国的垄断财富。后来随着科技的发展，相变材料在建筑上的应用可以节能60%-99%；在军事上，由于相变材料可以吸收大量热量，将其应用于装甲的热防护可以大大提高军事装备的抗打击能力。

因此，在热电池的储能方面，一个热门的研究方向是使用相变材料，即材料在吸收热量时，由固态变为液态储存能量，当温度低于熔点时，材料会变回固态，释放储存的热量。但目前所有的相变材料都必须先绝缘，散热时很难控制相变过程。

研究|分子开关

为了解决这个问题，麻省理工学院(mit)的研究小组开发了一种新型化学复合材料，以实现对热电池散热过程的精确控制。

为了实现控制功能，研究小组采用了分子开关，可以根据光线改变其形状。当集成到pcm中时，我们可以用光来调节材料的温度，使相变的温度点低于原材料的熔点。

那么如何实现这种分子开关功能呢？

对此，杰弗里·格罗斯曼教授指出，诀窍在于找到一种方法，将分子与传统相变材料结合起来，使它们能够根据需要释放储存的能量。

经过实验研究，研究人员将脂肪酸与对光脉冲做出反应的有机化合物结合起来，充当分子开关，其中光敏元件可以改变另一种元件储存和释放热量的性能。

在实验中，研究人员模拟了太阳下的条件。当他们给予一定的热量时，混合的物质在加热时会熔化，然后研究人员用紫外线照射它，发现即使温度很低，物质也仍然是液体。只有当研究人员发出光脉冲来触发它时，材料才会重新凝固，回到收集能量的初始状态。

对于这个过程，研究人员格雷斯·汉解释说:我们在技术上做的是一个新的能量屏障，所以储存的能量不会立即释放。以化学储存的形式，能量可以长期储存，直到光触发才会释放能量。

值得指出的是，在这个实验中，储存的热量至少可以持续10个小时，而在相同尺寸的传统装置下，能量只能持续几分钟。

关于能量密度的重要参数，韩寒说:即使我们使用传统的相变材料，能量密度也是非常重要的。现在这种材料每克能储存200焦耳左右的能量，在有机相变材料中非常好。此外，人们已经表示有兴趣在印度农村地区使用这种材料烹饪，这种设备也可以用于干燥或加热作物。

应用|能量存储和通信

关于这项技术在未来的应用前景，韩寒说:它可以使用任何热源，而不仅仅是太阳能。在生活中，废热是普遍的，通常是在工业过程中浪费的，从太阳能加热到汽车排放的热量。这种方法可以帮助回收各种余热。

除了常见的储能应用场景外，在计算机主存储器的生产中，一些研究团队发现相变材料制成的新型存储器具有低功耗、低成本的特点，但由于这种材料的不可控特性，其发展受到了限制。现在中科院的研究团队在这方面有了很大的突破。随着相变材料性能的精确控制，相变材料将被应用到新的领域。

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