对于从事电子热管理工作的工程师来说，相变材料或pcm是一种有效的热界面材料（TIM）类型。
它们通常用于冷却溶液和发电电子产品和设备之间，可以提供优于干TIM垫的热性能。但相变材料在电子热管理领域内外都有更广泛的应用。
基本特性
大多数相变材料的功能是通过将一种物质从固体加热到高粘度液体（HVL），称为聚变焓。
这种条件下的聚变焓是一种潜热，因为在相变过程中温度保持不变。[1]最初，PCM的温度随着它吸收热量而上升，但当它达到它改变相位（熔点）的温度时，它会在接近恒定的温度下吸收大量的热量。
PCM继续吸收热量，而温度没有显著升高，直到所有的材料都转化为液体。
当环境温度下降时，PCM就会变为固体，释放其储存的潜热。[2]这一特性使pcm能够存储或释放大量的能量作为其周围温度的函数。
当作为TIMs使用时，相变材料完全填充界面空气间隙和空隙。它们还能取代耗能电子元件之间的空气。
在达到所需的熔体温度后，TIM衬垫将完全改变相位，并达到最小的粘结线厚度（MBLT）——通常小于0.0254 mm (0.001英寸），以及最大的表面润湿性。
由于一个非常小的热电阻路径，这导致了实际上最小的热接触电阻。
相变TIMs在世纪之交之前就已经商业化了，今天有许多选择可供选择。
这包括它们的基树脂材料、添加剂、导电填料和使它们更容易安装和拆卸的特点。
最近，英特尔的研究人员开发了一种PCM，它在HVL状态下不太可能从接口中流失。
英特尔PCM采用了亲有机粘土。粘土颗粒通过减缓氧和水通过热界面材料的扩散，提高了TIM材料的可靠性和性能。由此产生的纳米复合材料相变材料提高了高加速度应力试验（“HAST”）的性能，并减缓了挥发性成分的释放，从而减少了热界面材料的泵出、排气和干燥。
粘土颗粒还还提高了TIM的热氧化稳定性，以提高烘烤和热循环（“TC”）的性能。
其他PCM应用
PureTemp是熵解决方案开发的一种技术，它将天然油转化为相变材料，能够在-40-149℃（-40-300°F）之间保持数小时。
纯温度技术包括净化各种植物油，然后在混合物中分离不同的化合物。每种化合物在不同的特定温度下自然熔化或固化，并可以根据所需的相变点作为应用的基础材料。
有许多非生物基础的pcm，但大多数是基于石油或矿物的，具有不同程度的毒性，或基于水的，温度范围更有限。
漆的材料是可生物降解和无毒的。PureTemp材料也有更广泛的潜在相变温度和遏制尺寸：咖啡杯，
例如，有一个刚性的PCM核心，可以适合你的手掌，而毯子和衣服使用的材料薄，灵活的床单或口袋的微胶囊。
PureTemp杯内部的PCM核心的相变点为60°C（140°F），这被认为是一个理想的饮酒温度。然而，咖啡的酿造温度通常为88至93°C（190至200°华氏度）。
当刚煮好的咖啡被倒进杯子里时，核心内部的PCM就会融化，以咖啡中热量的形式吸收能量。这需要一到两分钟才能达到最佳的饮用温度，以及PCM的相变点。
当咖啡冷却到60°C（140°F）以下时，PCM再次开始凝固，将储存的热量释放到咖啡中，并保持理想的温度。
结构热管理
bioPCM是一种用于集成到建筑结构中的纳米工程相变材料。相变PCM由相变能溶液开发，利用在室温[6]下熔化和固化的PCM吸收和释放热量。
和PureTemp的咖啡杯PCM一样，bioPCM使用的相变材料也来源于生物基材料，例如，棕榈，还有豆油，而不是来自石油或盐的水合物。
当相变材料被放置在建筑中时，它们在白天吸收热量，在晚上释放热量到建筑中。bioPCM降低了建筑内的温度波动，从而减少了暖通空调的需求。
作为该公司的商业建筑产品之一，bioPCmats旨在提供节能服务。当安装在天花板和墙板上时，生物pc垫子日夜工作，以稳定室内温度。
这种被动的节能方法为建筑居住者提供了更大的舒适性和更高效的暖通空调系统。
在外墙中，每一个419毫米（16.5英寸）宽的bioPCmat被简单地钉在标准绝缘材料上的螺柱上。在天花板上，bioPCmat被放置在阁楼的岩石上。
该产品可以很容易地用剪刀或实用刀修剪墙壁和固定装置周围的插座。
PCM和太阳能存储
除了保持建筑凉爽，相变材料可能很快就会储存多余的太阳能，直到需要为止。
太阳能的一种形式，集中太阳能，利用阳光产生蒸汽，如图3所示。图显示了BioPCM材料如何吸收和释放热量，使用生物基PCMs发电。
这些集中的太阳能发电厂在阳光明媚的时候运行得很好，但它们在夜间或多云时很难输送能量。
立即发电不需要的多余热量可以储存在以后储存和使用。
来自德国航空航天中心的研究人员最近在西班牙的卡伯内拉斯测试了他们所说的世界上最大的高温PCM存储模块。绝缘的钢加固塔高85.8米（26英尺），装满15吨盐。
为了给该模块充电，来自邻近燃煤电厂的过热蒸汽通过一个鳍状管道网络，将硝酸钠盐加热到其熔点419摄氏度（581度）。
然后，液态盐可以保持其储存的热能长达24小时。为了释放热量，操作人员基本上是反向运行系统，通过鳍管泵送水，将其转化回蒸汽，然后使发电的涡轮机旋转
到目前为止，太阳能热电厂要么没有储热器，要么依赖于在充放电过程中保持液体的熔融盐。然而，通过保持盐的液体，该系统并没有利用相变过程中固有的效率。
减少成本可以帮助储存的太阳能与传统的天然气和燃煤电厂竞争可靠的基础负荷电力。
国际能源机构预测，最早在2025年，集中太阳能发电将与传统化石燃料发电具有成本竞争，到2050年，光伏太阳能发电将达到全球发电量的25%。
PCM胶囊
微封装允许pcm在小于1微米到几百微米大小的胶囊中生产。微胶囊可以是圆形的，也可以是不对称的。
这些结构使pcm可以很容易和经济地添加到建筑材料中，如混凝土。它们存在的结果是减少了结构温度的波动，并减少了加热和冷却的能量消耗。
在微封装的pcm中，相变物质通常是一种石蜡或脂肪酸酯酸，它能吸收和释放热量，以保持一个确定的温度。无论PCM是液态还是固态，胶囊都是固体的。
一个典型的应用是在石膏墙板上。微型PCM是巴斯夫的产品，可以将热底板转化为相当于由混凝土制成的厚墙。
由于微粒PCM石蜡的微胶囊形式，白天的热吸收和夜间的热释放得到了优化，提供一个巨大的表面可以交换热量。
在分子水平上封装pcm是一种较新的技术。该技术由杜邦公司开发，可以在聚合物化合物中含有非常高浓度的pcm。
通过分子封装，聚合物分子被设计成连接到石蜡分子上，形成一个均质的产物。分子封装允许钻孔和切割建筑材料，而没有任何pcm泄漏。
因此，相变材料在空间电子冷却领域得到了广泛的应用。
在特定的白天温度下存储和释放热量的独特能力使PCM可以被用作一种热管理解决方案。
材料和纳米技术的进一步发展将进一步提高其运输和储存能力。
