चरण परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) उन सामग्रियों का एक वर्ग है जो एक चरण परिवर्तन के दौरान बड़ी मात्रा में ऊर्जा (यानी, चरण परिवर्तन थैलेपी) को अवशोषित या जारी कर सकते हैं। क्योंकि पीसीएम ऊर्जा को स्टोर करने के लिए अव्यक्त गर्मी का उपयोग करते हैं, वे उच्च गर्मी भंडारण घनत्व, कॉम्पैक्ट थर्मल भंडारण उपकरणों की पेशकश करते हैं, और चरण परिवर्तन प्रक्रिया के दौरान अनिवार्य रूप से निरंतर तापमान बनाए रखते हैं, जिससे उन्हें प्रबंधन करना आसान हो जाता है। ऊर्जा संरक्षण की बढ़ती वैश्विक जागरूकता के साथ, पीसीएम की इस विशेषता ने शोधकर्ताओं का ध्यान आकर्षित किया है, और पीसीएम थर्मल स्टोरेज तकनीक ऊर्जा भंडारण क्षेत्र में तेजी से कर्षण प्राप्त कर रही है।
I. सामग्री प्रौद्योगिकी विशेषताओं का परिचय
मोटे तौर पर, थर्मल स्टोरेज टेक्नोलॉजीज में हीट स्टोरेज और कोल्ड स्टोरेज शामिल हैं, जिसमें समझदार हीट स्टोरेज और फेज चेंज स्टोरेज शामिल हैं। समझदार हीट स्टोरेज थर्मल एनर्जी को स्टोर करने और जारी करने के लिए सामग्री की अंतर्निहित विशिष्ट गर्मी क्षमता का उपयोग करता है, जबकि चरण परिवर्तन भंडारण पीसीएम (चरण परिवर्तन सामग्री) के चरण परिवर्तन के दौरान गर्मी ऊर्जा के अवशोषण और रिलीज का उपयोग करता है। चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान उनके उच्च गर्मी भंडारण घनत्व और न्यूनतम तापमान में उतार -चढ़ाव के साथ पीसीएम ने घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर विद्वानों से व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। वर्तमान में, चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री में मुख्य रूप से कार्बनिक, पिघला हुआ नमक, मिश्र धातु और समग्र सामग्री शामिल हैं। चार मुख्य चरण परिवर्तन रूप हैं: ठोस-ठोस, ठोस-तरल, ठोस-गैस और तरल-गैस।
एक आदर्श ठोस-तरल चरण परिवर्तन सामग्री में निम्नलिखित गुण होने चाहिए:
(1) संलयन की उच्च अव्यक्त गर्मी, ताकि यह ऊर्जा को संग्रहीत कर सके या चरण परिवर्तन के दौरान अधिक गर्मी जारी कर सके;
(2) जरूरतों को पूरा करने के लिए उचित चरण परिवर्तन तापमान;
(3) ठोस-तरल चरण परिवर्तन की अच्छी प्रतिवर्तीता, जो जितना संभव हो उतना ओवरकूलिंग या ओवरहीटिंग से बच सकती है;
(4) ठोस-तरल चरण की बड़ी तापीय चालकता;
(5) ठोस-तरल चरण परिवर्तन के दौरान छोटे विस्तार और संकुचन;
(6) चरण परिवर्तन सामग्री की उच्च घनत्व और विशिष्ट गर्मी क्षमता;
(7) गैर विषैले और गैर-जंगल;
(8) कम लागत और निर्माण में आसान।
ठोस-तरल चरण परिवर्तन सामग्री की तुलना में, ठोस-ठोस चरण परिवर्तन सामग्री के कई फायदे हैं। ठोस-ठोस चरण परिवर्तन सामग्री को सीधे संसाधित किया जा सकता है और कंटेनरों की आवश्यकता के बिना गठन किया जा सकता है। उनके पास चरण परिवर्तन के दौरान विस्तार और न्यूनतम मात्रा परिवर्तन का एक कम गुणांक है। वे सुपरकूलिंग या चरण पृथक्करण का अनुभव नहीं करते हैं, एंटी-सुपरकूलिंग या एंटी-फेज सेपरेशन एजेंटों की आवश्यकता को समाप्त करते हैं। वे विषाक्तता और संक्षारक, लीक-मुक्त और पर्यावरण के अनुकूल भी बहुत कम हैं। उनके पास एक स्थिर रचना, अच्छा चरण परिवर्तन प्रतिवर्तीता और एक लंबी सेवा जीवन है। वे स्थापित करने के लिए सरल हैं और उपयोग करने में आसान हैं। ठोस-ठोस चरण परिवर्तन सामग्री के मुख्य नुकसान चरण परिवर्तन और उच्च कीमत की उनकी कम अव्यक्त गर्मी हैं। तरल-गैस और ठोस-गैस चरण परिवर्तन में चरण परिवर्तन प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में गैस शामिल होती है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण मात्रा में परिवर्तन होते हैं। इसलिए, उनके महत्वपूर्ण चरण परिवर्तन गर्मी के बावजूद, वे शायद ही कभी व्यावहारिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।
Ii। चरण परिवर्तन सामग्री के अनुप्रयोग
चरण परिवर्तन ऊर्जा भंडारण सामग्री के विकास ने धीरे -धीरे व्यावहारिक चरण में प्रवेश किया है, मुख्य रूप से प्रतिक्रिया तापमान को नियंत्रित करने, सौर ऊर्जा का उपयोग करने और औद्योगिक प्रतिक्रियाओं से अपशिष्ट गर्मी का भंडारण करने के लिए। कम तापमान वाली ऊर्जा भंडारण का उपयोग मुख्य रूप से अपशिष्ट गर्मी वसूली, सौर ऊर्जा भंडारण और हीटिंग और एयर-कंडीशनिंग सिस्टम के लिए किया जाता है। उच्च तापमान ऊर्जा भंडारण का उपयोग गर्मी इंजन, सौर ऊर्जा संयंत्रों, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक बिजली उत्पादन और उपग्रहों में किया जाता है। इन सामग्रियों को वस्त्रों में इंजेक्ट करने से उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन गुणों के साथ हल्के कपड़े बन सकते हैं। उनका उपयोग थर्मस कप बनाने के लिए भी किया जा सकता है जो साधारण सिरेमिक कप की तुलना में अधिक समय तक गर्मी बनाए रखते हैं। इस चरण परिवर्तन सामग्री के साथ संक्रमित डामर या सीमेंट फुटपाथ सड़कों और पुलों पर आइसिंग को रोक सकते हैं। इसलिए, यह इंजीनियरिंग इन्सुलेशन सामग्री, स्वास्थ्य सेवा उत्पादों, एयरोस्पेस उपकरण, सैन्य टोही और दैनिक आवश्यकताओं में व्यापक आवेदन संभावनाएं हैं।
(1) चिकित्सा उद्योग में चरण परिवर्तन सामग्री के अनुप्रयोग
कई चिकित्सा इलेक्ट्रॉनिक चिकित्सीय उपकरणों को निरंतर तापमान संचालन की आवश्यकता होती है, जो स्वीकार्य सीमाओं के भीतर परिचालन तापमान बनाए रखने के लिए तापमान-नियंत्रित गर्मी भंडारण सामग्री के उपयोग की आवश्यकता होती है। एक जापानी पेटेंट ने Naso₄10h₂o और Mgso₄7h₂o के मिश्रण के उपयोग को इंस्ट्रूमेंट रूम के तापमान नियंत्रण के लिए एक चरण परिवर्तन सामग्री के रूप में बताया, कमरे के तापमान को 25 डिग्री के आसपास बनाए रखा। ऑपरेटिंग तापमान को बनाए रखने के लिए चरण परिवर्तन सामग्री से बने हीट पैक में विशेष उपकरणों को भी एम्बेड किया जा सकता है। हाल के वर्षों में, घरेलू बाजार में एक प्रकार का हीट पैक लोकप्रिय हो गया है। इसका चरण-परिवर्तन सामग्री लगभग 55 डिग्री के चरण-परिवर्तन तापमान के साथ एक हाइड्रेटेड नमक है। एक धातु शीट एक न्यूक्लिएशन बीज सामग्री के रूप में कार्य करती है। जब धातु की चादर को मैन्युअल रूप से निचोड़ा जाता है, तो इसकी सतह क्रिस्टल विकास का केंद्र बन जाती है, जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टलीकरण के दौरान गर्मी रिलीज होती है। रक्त परिसंचरण को प्रोत्साहित करने के लिए जानी जाने वाली कुछ पारंपरिक चीनी दवाओं वाले एक बैग के साथ संयुक्त, यह एक चिकित्सीय प्रभाव पैदा करता है, जिसमें संधिशोथ जैसे रोगों के इलाज में कुछ प्रभावकारिता होती है।
(2) डेटा भंडारण में चरण-परिवर्तन सामग्री के अनुप्रयोग
पीसीएम एक उच्च-प्रदर्शन, गैर-वाष्पशील मेमोरी है जो कि चॉकोजेनाइड ग्लास पर आधारित है। इन यौगिकों में एक महत्वपूर्ण संपत्ति होती है: वे अपने प्रतिरोध को बदलते हैं क्योंकि वे एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण करते हैं। सामग्री का क्रिस्टलीय चरण कम प्रतिरोध है, जबकि अनाकार चरण उच्च प्रतिरोध है। वर्तमान को लागू करने या हटाकर चरण संक्रमण प्राप्त किए जाते हैं। पारंपरिक नंद-आधारित गैर-वाष्पशील मेमोरी के विपरीत, पीसीएम डिवाइस लगभग असीमित संख्या में लिखते हैं। पीसीएम डिवाइस फास्ट एक्सेस रिस्पांस टाइम, बाइट-एड्रेसबिलिटी और रैंडम रीड/राइट जैसे फायदे भी प्रदान करते हैं। यह कई भंडारण प्रौद्योगिकियों में से एक है जिसे "भविष्य को बदलने" के रूप में टाल दिया गया है। 2017 में, शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी के निदेशक सॉन्ग ज़ितंग के नेतृत्व में एक शोध टीम ने उपन्यास चरण-परिवर्तन मेमोरी सामग्री में एक बड़ी सफलता हासिल की। उन्होंने उच्च गति वाले चरण-परिवर्तन सामग्री के लिए एक डिजाइन रणनीति का प्रस्ताव रखा, जो तेजी से क्रिस्टलीकरण को प्राप्त करने के लिए अनाकार चरण-परिवर्तन पतली फिल्मों के भीतर न्यूक्लिएशन की यादृच्छिकता को कम करता है। SC-SB-TE-BE-BASE PHASE-CHANGE MEMORY डिवाइस, जिसे 0.13 somem COMS प्रक्रिया का उपयोग करके बनाया गया है, ने 700 Picoseconds का एक उच्च गति प्रतिवर्ती राइट-इरेज़ चक्र और 107 से अधिक चक्रों का एक चक्र जीवन प्राप्त किया। पारंपरिक जीई-एसबी-टीई उपकरणों की तुलना में, इसकी ऑपरेटिंग बिजली की खपत को 90%तक कम कर दिया गया था, जबकि दस वर्षों के लिए तुलनीय डेटा प्रतिधारण बनाए रखते हुए। 2018 में, मेमोरी चिप निर्माता SK Hynix ने PCM- आधारित 3D क्रॉसपॉइंट मेमोरी का उत्पादन शुरू किया। एसके ने बताया कि एससीएम में उपयोग की जाने वाली 3 डी क्रॉसपॉइंट मेमोरी कोशिकाएं सल्फाइड-आधारित चरण-परिवर्तन सामग्री से बनी होती हैं। हाल ही में, आईबीएम अनुसंधान ने प्रदर्शित किया कि मशीन सीखने की क्षमताओं को चरण-परिवर्तन मेमोरी के आधार पर एनालॉग चिप्स का उपयोग करके एक हजार गुना तेज किया जा सकता है। एक आईबीएम ब्लॉग से पता चला है कि आईबीएम अगली पीढ़ी के एआई हार्डवेयर को विकसित करने और एआई अनुप्रयोगों में पीसीएम मेमोरी की क्षमता का पता लगाने के लिए एक शोध केंद्र की स्थापना कर रहा है।
