MOF تغییرشکلدهنده؛ مادهای هوشمند برای گرمایش و سرمایش بدون برق
یک چارچوب فلزی–آلی (MOF) جدید میتواند بدون نیاز به ورودی الکتریکی، هم برای خنکسازی و هم برای گرمایش مورد استفاده قرار گیرد. ویژگی منحصربهفرد این ماده آن است که با جذب و آزادسازی دیاکسید کربن (CO₂) و تغییر دما، ساختار خود را تغییر میدهد و به این ترتیب امکان ذخیره و تبادل گرما را فراهم میکند. این فناوری میتواند مسیر تازهای برای توسعه سامانههای حرارتی کممصرف و سازگار با شرایط اقلیمی مختلف ایجاد کند.
پژوهشگران دانشگاه آ کورونیا در اسپانیا در مطالعات جدید خود نشان دادهاند که میتوان با ثابت نگهداشتن فشار CO₂، فرآیند جذب و واجذب این گاز در MOF را با تغییرات دمای محیط کنترل کرد. با افزایش دما در طول روز، CO₂ از منافذ ماده خارج میشود و این فرآیند بهصورت غیرمنتظره باعث خنک شدن MOF میشود؛ بنابراین میتوان از آن برای کاهش دمای ساختمانها استفاده کرد. در شب، با کاهش دما، CO₂ دوباره جذب میشود و فرآیند معکوس میتواند به گرم شدن محیط کمک کند.
یکی از مهمترین مزایای این ماده، حساسیت بسیار زیاد دمای گذار آن به فشار CO₂ است. طبق نتایج پژوهش، تغییر فشار استاتیک CO₂ تنها از حدود ۵ تا ۲۵ بار میتواند دمای گذار ماده را از حدود ۳۰- تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد تغییر دهد. این دامنه قابل توجه، امکان استفاده از یک ماده واحد را در شرایط اقلیمی بسیار متفاوت فراهم میکند؛ قابلیتی که در فناوریهای حرارتی متداول معمولاً به استفاده از مواد مختلف یا فشارهای بسیار بالاتر نیاز دارد.
این MOF علاوه بر سرمایش و گرمایش ساختمانها، میتواند در ذخیرهسازی حرارتی و کاربردهای صنعتی نیز مورد توجه قرار گیرد. ماده میتواند گرما را در دماهای پایین جذب و ذخیره کند و سپس با افزایش فشار CO₂، آن را در دماهای بالاتر آزاد کند. از آنجا که ذخیره گرما در دماهای پایین معمولاً سادهتر و کمهزینهتر است، این رویکرد میتواند برای کاربردهای صنعتی با نیاز به گرمای دمای بالا جذاب باشد.
پژوهشگران همچنین یک مدل ریاضی ترمودینامیکی را برای بررسی و غربالگری MOFهای مختلف توسعه دادهاند. این مدل میتواند پارامترهایی مانند فشار، دمای گذار و ظرفیت تبادل حرارتی مواد را پیشبینی کند. ترکیب این مدل با پایگاههای داده مربوط به ایزوترمهای جذب MOFها میتواند به شناسایی سریعتر مواد جدید با قابلیت استفاده بهعنوان مبرد و ماده ذخیرهکننده انرژی حرارتی کمک کند.
نتیجهگیری
MOFهای تغییرشکلدهنده با بهرهگیری از تغییرات فشار و جذب و واجذب CO₂، رویکردی متفاوت برای گرمایش، سرمایش و ذخیرهسازی انرژی حرارتی ارائه میکنند. قابلیت تنظیم دمای گذار در محدوده گسترده و عملکرد بدون نیاز مستقیم به برق، این مواد را به گزینهای امیدوارکننده برای فناوریهای حرارتی پایدار و سازگار با اقلیمهای مختلف، از مناطق گرم و آفتابی تا مناطق سرد و مرطوب، تبدیل کرده است.
