相変化材料（PCM）は、相変化中に大量のエネルギー（つまり、相変化エンタルピー）を吸収または放出できる材料のクラスです。 PCMは潜熱を利用してエネルギーを貯蔵するため、高熱貯蔵密度、コンパクトな熱貯蔵装置を提供し、位相変化プロセス中に本質的に一定の温度を維持し、管理しやすくします。エネルギー節約に対する世界的な認識が高まっているため、このPCMの特徴は研究者の注目を集めており、PCMの熱貯蔵技術はエネルギー貯蔵分野でますます牽引力を獲得しています。
I.材料技術の特性の紹介
大まかに言えば、熱貯蔵技術には、賢明な熱貯蔵や位相交換貯蔵など、熱貯蔵と冷蔵が含まれます。賢明な熱貯蔵は、材料に固有の特異的熱容量を利用して熱エネルギーを保存および放出しますが、位相変化貯蔵はPCMSの位相変化中に熱エネルギーの吸収と放出を利用します（位相変化材料）。 PCMSは、高熱貯蔵密度と充電および排出中の最小温度変動を備えており、国内および国際的に学者からの広範な注目を集めています。現在、相変化熱貯蔵材料には、主に有機、溶融塩、合金、複合材料が含まれています。 4つの主要な相変化フォームがあります。固体、固体、固体、固体ガス、液体ガスです。
理想的な固形液相変化材料には、次の特性が必要です。
（1）融合の高い潜在熱。それにより、相変化中にエネルギーを蓄積したり、より多くの熱を放出したりできます。
（2）ニーズを満たすための適切な位相変更温度。
（3）できるだけ過冷却や過熱を避けることができる固形液相変化の良好な可逆性。
（4）固液相の大きな熱伝導率。
（5）固形液相変化中の小さな膨張と収縮。
（6）相変化材料の高密度と比熱容量。
（7）非毒性および非腐食性。
（8）低コストと製造が簡単。
固形液相変化材料と比較して、固体溶解相変化材料には多くの利点があります。固体位相変化材料は、容器を必要とせずに直接処理および形成できます。彼らは、相変化中に膨張係数が低く、体積変化が最小限に抑えられています。彼らはスーパークーリングや相分離を経験しておらず、反スーリングまたは抗相分離剤の必要性を排除します。また、毒性と腐食性が非常に低く、漏れがなく、環境に優しいです。彼らは安定した組成、良好な相変化の可逆性、長いサービス寿命を持っています。インストールが簡単で使いやすいです。固体固体相変化材料の主な欠点は、位相変化の低い潜熱と高価格です。液体ガスと固体ガス相の変化には、相変化プロセス中に大量のガスが含まれ、その結果、大幅な体積変化が発生します。したがって、大幅な位相変化熱にもかかわらず、実際のアプリケーションではめったに使用されません。
ii。相変化材料のアプリケーション
相変化エネルギー貯蔵材料の開発は、主に反応温度を制御し、太陽エネルギーを利用し、産業反応から廃熱を蓄積するために、実用的な段階に徐々に入りました。低温エネルギー貯蔵は、主に廃熱回収、太陽エネルギー貯蔵、加熱および空調システムに使用されます。高温エネルギー貯蔵は、熱エンジン、太陽光発電所、磁気水力学的発電、および衛星で使用されます。これらの材料をテキスタイルに注入すると、優れた熱断熱特性を備えた軽量の衣服を作成できます。また、通常のセラミックカップよりも長く熱を保持するサーモカップを作成するためにも使用できます。この位相変化材料を注入したアスファルトまたはセメント舗装は、道路や橋の氷の氷を防ぐことができます。したがって、エンジニアリング断熱材、ヘルスケア製品、航空宇宙機器、軍事偵察、および毎日の必需品に幅広いアプリケーションの見通しがあります。
（1）医療産業における相変化材料の応用
多くの医療電子治療装置には一定の温度動作が必要であり、許容限界内で動作温度を維持するために温度制御の熱貯蔵材料を使用する必要があります。日本の特許は、室温を約25度維持し、室温を25度維持し、計器の室温制御の相変化材料として、Naso10H₂OとMGSO₄7H₂Oの混合物を使用することを報告しています。特殊機器は、動作温度を維持するために位相変更材料で作られたヒートパックに埋め込むこともできます。近年、国内市場でヒートパックの種類が人気になっています。その位相変化材料は、約55度の位相変化温度を持つ水和塩です。金属シートは、核生成種子材料として機能します。金属シートが手動で絞られると、その表面は結晶成長の中心になり、結晶化中に熱放出されます。血液循環を刺激することが知られている特定の伝統的な漢方薬を含むバッグと組み合わせて、これは治療効果を生み出し、関節リウマチなどの病気の治療にある程度の有効性が生じます。
（2）データストレージにおける位相変更材料のアプリケーション
PCMは、カルコゲニドガラスに基づいた高性能で不揮発性の記憶です。これらの化合物には重要な特性があります。1つのフェーズから別のフェーズに移行するにつれて抵抗を変えます。材料の結晶相は低耐性であり、アモルファス相は高耐性です。位相遷移は、電流を適用または削除することにより達成されます。従来のNANDベースの非揮発性メモリとは異なり、PCMデバイスは事実上無制限の数の書き込みをサポートできます。 PCMデバイスは、高速アクセス応答時間、バイトアドレス性、ランダム読み取り/書き込みなどの利点も提供します。これは、「未来の変化」と宣伝されている多くのストレージテクノロジーの1つです。 2017年、上海マイクロシステムおよび情報技術研究所のディレクターであるSong Zhitangが率いる研究チームは、新しい位相変化メモリ資料の大きなブレークスルーを達成しました。彼らは、高速相変化材料の設計戦略を革新的に提案し、アモルファス相変化薄膜内の核生成のランダム性を最小限に抑えて、迅速な結晶化を実現しました。 0.13µmのCOMSプロセスを使用して製造されたSC-SB-TEベースの位相チャンジメモリデバイスは、700ピコ秒の高速リバーシブルな書き込み式サイクルと107サイクル以上のサイクル寿命を達成しました。従来のGE-SB-TEデバイスと比較して、その動作電力は90％減少し、同等のデータ保持を10年間維持しました。 2018年、メモリチップメーカーのSK Hynixは、PCMベースの3D Crosspointメモリの生産を開始しました。 SKは、SCMで使用される3Dクロスポイントメモリセルは、硫化物ベースの位相変化材料で作られていると説明しました。最近、IBMの研究により、機械学習能力は、位相変更メモリに基づいてアナログチップを使用して千倍に加速できることが実証されました。 IBMブログは、IBMが次世代のAIハードウェアを開発し、AIアプリケーションでPCMメモリの可能性を調査するための研究センターを確立していることを明らかにしました。
