相关申请
本申请要求于2015年2月7日提交的题为“具有可热循环无机相变材料的刚性绝热体(arigidthermalinsulatorwiththermallycyclableinorganicphasechangematerial)”的美国临时专利申请序列号62/113438的权益，其全部内容出于所有原因通过引用并入本文。
本公开涉及绝缘、相变材料、并入有相变材料的复合绝缘材料和相关方法的领域。
背景技术：
为了最小化能量成本或以其他方式提高将房间或其他封闭体保持在期望温度的效率，通常将绝缘材料设置在房间或封闭空间的外壳中，以减少通过边界的热传递。这些绝缘材料通常是具有封闭气体袋的低密度多孔材料。
相变材料(pcm)有时被并入绝缘材料中。相变材料是在封闭体的期望温度与外部温度之间的温度下经历一级相变(例如，固-液熔化转变)的材料。相变材料捕获一部分进入的热量作为潜热，而不是将该热量进一步传导到封闭体中。
技术障碍限制了某些相变材料的应用。例如，某些相变材料是昂贵的，具有低的体积潜热，是易燃的，在聚合物绝缘材料中可降解，不是热可逆的，和/或难以并入常规的绝缘材料中。
因此，提供解决这些和/或其他缺点的材料和方法将是有益的。
技术实现要素：
本文描述了包含相变材料的绝缘材料和相关方法。
根据一个或更多个实施方案，提供了一系列材料和组合物。在一个或更多个实施方案中，公开了复合泡沫绝缘材料。所述材料包含泡沫绝缘基体和分布在泡沫绝缘基体内的多个颗粒。颗粒的平均直径可以为0.1微米至200微米并且包含能够经历可逆相变的可热循环无机相变材料。
根据一些实施方案，颗粒还可以包含成核剂。可热循环无机相变材料可以包括无机盐溶剂合物。可热循环无机相变材料可以包括水合氯化钙、水合硝酸锰和水合氯化锰中的至少一种。相变材料可以具有第一熔化温度，成核剂可以具有第二熔化温度，并且第二熔化温度可以大于第一熔化温度。
根据一些实施方案，多个颗粒可以包含按重量计大于0.5％且按重量计小于或等于10％的成核剂。可热循环无机相变材料的熔化比潜热(specificlatentheatoffusion)可以大于或等于80j/g且小于或等于400j/g。可热循环无机相变材料能够在5℃的温度范围内经历可逆相变。可热循环无机相变材料能够在2℃的温度范围内经历可逆相变。可热循环无机相变材料的平均熔点可以大于或等于15℃且小于或等于35℃。
根据一些实施方案，泡沫绝缘基体可以包括闭孔泡沫绝缘基体。泡沫绝缘基体可以包括刚性泡沫绝缘基体。泡沫绝缘基体的平均泡孔(cell)体积可以大于或等于5×10-7ml且小于或等于0.5ml。泡沫绝缘基体可以包括选自以下的材料：聚苯乙烯、聚氨酯、聚异氰脲酸酯和聚乙烯。复合绝缘材料可以包含按体积计大于0.5％且小于或等于50％的颗粒。
在一个或更多个实施方案中，公开了复合泡沫绝缘材料。所述组合物可以包含多个颗粒，所述颗粒的平均直径为0.1微米至200微米并且包含成核剂和能够经历可逆相变的可热循环无机相变材料。
根据一些实施方案，可热循环无机相变材料可以包括无机盐溶剂合物。可热循环无机相变材料可以包括水合氯化钙、水合硝酸锰和水合氯化锰中的至少一种。成核剂可以包括水合氯化锶。组合物中颗粒总数的至少95％可以包含成核剂。材料组合物可以是粉末。多个颗粒可以包含按重量计大于0.5％且按重量计小于或等于10％的成核剂。
根据一些实施方案，多个颗粒各自还可以包含密封剂。密封剂可以包括选自以下的材料：聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯及其共聚物。可热循环无机相变材料能够在5℃的温度范围内经历可逆相变。可热循环无机相变材料能够在2℃的温度范围内经历可逆相变。
根据一个或更多个实施方案，提供了一系列方法。在一个或更多个实施方案中，提供了形成复合绝缘材料的方法。所述方法可以包括将多个颗粒与泡沫绝缘基体的前体混合在一起，其中所述颗粒的平均直径为0.1微米至200微米并且包含能够经历可逆相变的可热循环相变材料；使前体发泡并固化以形成包含分布在泡沫绝缘基体中的多个颗粒的复合绝缘材料。
根据一些实施方案，颗粒还可以包含成核剂。所述方法还可以包括喷射或挤出前体和相变颗粒的混合物。泡沫前体可以包括聚氨酯多部分制剂。泡沫前体可以包括聚苯乙烯。泡沫前体可以包括可膨胀的聚苯乙烯珠。
在一个或更多个实施方案中，提供了用于生产包含成核剂和热可逆无机相变材料颗粒的颗粒的方法，所述颗粒的平均直径为0.1微米至200微米并且能够经历可逆相变。所述方法可以包括将无机相变材料和成核剂的混合物加热至高于无机相变材料的熔点的温度以产生加热的混合物；将加热的混合物添加到温度低于无机相变材料的熔点并足以在无机相变材料中诱导结晶的溶液中，以产生冷却的混合物；搅拌冷却的混合物以产生包含颗粒的乳液，所述颗粒的平均直径为0.1微米至200微米并且包含成核剂和热可逆无机相变材料颗粒；以及从乳液中收集颗粒。
在一些实施方案中，加热的混合物可以包括均匀溶液。加热的混合物可以包括不均匀分散体。冷却的混合物可以包含非质子溶剂和表面活性剂。冷却的混合物还可以包含稳定剂。该方法还可以包括封装颗粒。
附图说明
将参照附图通过举例的方式描述本发明的非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，所示出的每个相同或几乎相同的组件通常由单一附图标记表示。为了清楚起见，在不需要图解来使本领域普通技术人员理解本发明的地方，不是每个组件在每幅附图中都被标记，也不是本发明的每个实施方案的每个组件都被示出。在附图中：
图1是根据本公开一个或更多个实施方案的复合绝缘材料的示意图；
图2是表示在标准绝缘材料中和在根据本公开一个或更多个实施方案公开的复合绝缘材料中的相对于距离的温度曲线的一组图；
图3是表示通过标准绝缘材料和根据本公开一个或更多个实施方案公开的复合绝缘材料的热流的一组图；
图4是根据本公开的至少一个实施方案的颗粒的示意图；以及
图5是根据本公开的至少一个实施方案的颗粒的示意图。
具体实施方式
本文描述了包含相变材料的绝缘材料和相关方法。根据一个或更多个实施方案，公开了复合泡沫绝缘材料，其具有分布在泡沫基体内的颗粒状无机相变材料。如以下进一步讨论的，无机相变材料可以捕获通过复合材料传递的一部分热并将其作为潜热储存，从而改善绝缘材料的性能。通过最小化通过绝缘材料的热传输，复合材料可以降低冷却封闭空间的操作成本。根据某些实施方案，最小化热传输通过提高复合绝缘材料的有效热容量和/或通过在由复合绝缘材料形成的外壳的边界处实现低的热梯度来实现。绝缘材料通常可以理解为热导率值低于0.5w/(k*m)的材料。所公开的复合泡沫绝缘材料可以用于各种应用，例如建筑围护结构绝缘、制冷、冷却剂输送、管道绝缘、医疗输送、食品或其他温度敏感的物体的冷藏货运。
根据一个或更多个实施方案，公开了包含热可逆相变材料的颗粒。所述颗粒可以是微粒(例如，直径为0.1微米至200微米的颗粒，其中直径是颗粒内最远两点之间在三维空间中的距离)。颗粒还可以包含有助于使相变材料热可逆的成核剂。
相变材料是在正常操作期间在预期温度范围内经历相变(例如，液体-固体或固体-液体转变)的材料。根据某些实施方案，pcm可以经历热可逆相变。热可逆性可以理解为在正向(例如，熔化)和逆向(例如，冻结)两个方向上均发生相变的能力，其中任一方向的相变在彼此的一定温度范围内发生，例如，根据某些实施方案，相变可以在10℃、8℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃、℃的范围内或者在基本上相同的温度下发生。在热可逆相变中，过冷却的可能性或程度降低。可热循环可以理解为重复热可逆。
根据某些实施方案，将相变材料并入复合绝缘材料(另外也称为热绝缘体)中，以增加绝缘材料的热质量并且通过抵抗温度变化来减小绝缘材料内的热梯度。例如，当放置在建筑绝缘材料中时，相变材料能够通过储存热来减少在温暖的白天穿过该绝缘材料进入建筑的热量。在晚上，当室外温度降低至低于pcm转变温度时，材料释放储存的热量。能够以这种方式利用热循环的pcm必须具有在该温度循环的极值之间的转变温度。对于家庭或办公建筑，相变材料的转变温度可以为15℃至50℃。在一些情况下，例如冷藏封闭体或管道，较宽的范围(例如，0℃至100℃)可以是有利的。在一些实施方案中，-20℃至200℃的较宽范围可以是有利的。在一些实施方案中，相变材料的转变温度可以为20℃至40℃或25℃至35℃。
微粒形式的相变材料的应用提供了优于宏观封装(macroencapsulation)技术的几个优点。虽然已经采用宏观封装将pcm并入一些建筑物和设备中，但是这些策略通常涉及对建筑物或设备的施工和设计过程的修改。变化涉及例如向建筑物围护结构中添加额外的pcm层或者通过含pcm物体填充壁中的空隙空间。相比之下，微粒可以并入已经在施工过程中使用的绝缘材料中。例如，微粒可以并入墙板、开孔柔性泡沫、以及纺织品用纤维中。因此，微粒pcm可以通过不使施工过程增加很大复杂性或额外步骤的置入式(drop-in)解决方案来提供改善的热特性。然而，微粒形式对于生产含有成核剂以实现热可逆性的无机pcm造成了挑战。由于这些颗粒在最终的复合材料中是不连通的，所以一个颗粒中的成核剂不会引起相邻颗粒中的可逆转变。因此，为了减少过冷却，在单个颗粒中包含成核剂以促进可逆转变。
在一些实施方案中，使用微观形式的pcm的优点在于，这样的微粒具有高的表面积-体积比，这允许更有效(例如，更快、更完全)的相变。该相变伴随着焓的可逆变化，提供了在窄温度范围内储存热量的手段。使用无机相变材料的优点在于，这样的材料(例如，水合盐)通常是阻燃的，具有高的热重密度，可以由相对便宜的原料生产，并且与许多聚合物溶液不混溶。
根据一个或更多个实施方案，微粒可以嵌入绝缘基体中以提供改良的泡沫绝缘材料。
图1示出了根据一个或更多个实施方案的复合材料10。复合材料10包含嵌入有pcm颗粒14的刚性疏水热绝缘基体12。在图1所示的实施方案中，pcm颗粒14按体积计构成复合材料10的1％至50％。该比例的pcm颗粒14的存在改善了绝缘体的特性，如图2和图3所示的有限元模拟中所证明的。复合材料10能够以最小程度的重新设计整合到建筑物中。绝缘基体可以包括其中大多数孔与相邻孔隔离开的刚性泡沫(即，闭孔泡沫)。闭孔泡沫是其中大多数孔通过泡沫材料的壁彼此分开的泡沫。这与其中孔被不平均地将孔与相邻孔隔离开的支柱分开的开孔泡沫不同。根据某些实施方案，泡沫绝缘基体的平均孔体积可以大于或等于5×10-7ml且小于或等于0.5ml。
根据某些实施方案，泡沫可以现场生产，例如通过喷射法(sprayprocess)，或被预制。泡沫种类的具体实例包括但不限于聚苯乙烯、聚氨酯、聚异氰脲酸酯和聚乙烯。
在一些实施方案中，该基体可以是刚性疏水绝缘泡沫。在基体是刚性的实施方案中，复合板可以容易地整合到现有的建筑物设计中。刚性泡沫可以理解为当测试至失效时经历脆性断裂的泡沫，例如聚氨酯或聚苯乙烯。这与例如可以变形的柔性聚氨酯泡沫不同。虽然刚性泡沫通常具有较高的杨氏模量(高于约100kpa)，但是两种泡沫类型的杨氏模量有重叠。虽然刚性泡沫往往是闭孔且高密度的，柔性泡沫往往是开孔且低密度的，但是也存在反例。
刚性复合结构有助于例如制造包括夹在刚性片之间的绝缘体的结构绝缘板(sip)。在这种情况下，绝缘体的刚度提供了整体板结构完整性的组成部分。在另一个实例中，刚性结构促进将多个实施方案的公开结构并入屋顶的建筑中。使用在大型商业建筑物中典型的epdm屋顶系统，需要所使用的绝缘层是结构刚性的并且耐破碎的，从而保持可接受的热特性。
当将非结构性添加剂整合到材料中时，添加剂的高体积往往使材料的结构劣化。因此，决定可以包含在实际复合绝缘材料中的pcm的量的是pcm颗粒的体积，而不是颗粒的质量。虽然许多无机pcm往往具有与有机pcm相当的重量潜热值，但是其较大的密度往往导致更高的体积潜热。因此，无机pcm的使用允许获得具有高潜热同时最小程度地干扰基体的结构完整性的绝缘复合材料。
根据一个或更多个实施方案，复合绝缘材料可以包含按体积计一定百分比的颗粒。在某些实施方案中，复合绝缘材料包含按体积计大于0.1％、大于0.5％、大于1％、大于2％、大于5％、大于10％、大于20％、大于30％或大于40％的颗粒。在某些实施方案中，复合绝缘材料包含按体积计小于或等于50％、小于或等于40％、小于或等于30％、小于或等于20％、小于或等于10％、小于或等于5％、小于或等于2％、或者小于或等于1％的颗粒。上述范围的组合也是可能的(例如，大于1％且小于或等于50％)。其他范围也是可能的。
根据一个或更多个实施方案，公开了用于制造包含泡沫绝缘基体和微粒的复合绝缘材料的方法，所述微粒包含热可逆无机相变材料。
可以将热可逆微粒(可以是粉末形式)与泡沫绝缘基体的前体混合在一起。该前体可以是如本领域普通技术人员将理解的任何已知的泡沫绝缘基体的前体，例如聚氨酯、聚苯乙烯等。该前体可以以各种形式(例如，液体、珠等)存在。该前体可以包括单一制剂或具有多于一种组分的多部分制剂，例如聚氨酯多部分制剂，有时称为“混合后倾倒(mixandpour)”泡沫。当前体包括多部分制剂时，在混合前体组分之前、期间或之后，可以将微粒混合到前体的一种或更多种组分中。
一旦微粒与前体混合，可以使前体发泡并固化以形成复合绝缘材料，所述复合绝缘材料包含分布在泡沫绝缘基体中的多个微粒。
在使前体发泡并固化之前或者与其同时，可以喷射或挤出混合物。可以将颗粒添加到喷射聚氨酯泡沫中，在这种情况下，将颗粒与泡沫前体一起从喷嘴挤出。或者，可以将颗粒添加到聚苯乙烯中以形成刚性闭孔聚苯乙烯复合材料。颗粒可以在挤出之前添加到聚苯乙烯中，或者在膨胀成泡沫之前添加到聚苯乙烯珠中。
图4示出了热可逆无机相变材料微粒40。微粒40包含围绕一个或更多个成核剂44的无机相变材料42。
无机相变材料可以包括一种或更多种无机盐溶剂合物。无机盐溶剂合物是包含无机盐和溶剂的材料。溶剂合物的一个实例是水合物。在一些实施方案中，溶剂与盐之比可以高于5重量％、高于10重量％、高于15重量％或高于20重量％。当在封闭的化学体系中时，这些高离子体系的冻结导致具有大比例包含溶剂的晶体。虽然离子盐通常具有几百摄氏度的熔化温度，但是将溶剂包含在晶体中降低了无机盐的晶格内聚能，从而使离子盐的熔化温度接近环境条件。作为利用固体-液体相变的相变材料，无机盐溶剂合物(例如，无机盐水合物)往往具有高体积潜热并且与传统的有机相变材料相比表现出更低的成本。许多还具有阻燃特性，这使得其对于建筑或运输系统中的绝缘目的更具吸引力。
无机相变材料可以包括一种或更多种无机盐溶剂合物。无机盐溶剂合物组合物由一种或更多种阳离子、一种或更多种阴离子和在晶格中的小溶剂分子(即，分子量为900g/mol或更小的分子)构成。阳离子可以是碱金属(li+、na+、k+、cs+)、碱土金属(mg2+、ca2+、sr2+、ba2+)、过渡金属(例如但不限于fe2+、mn2+、mn4+、cu2+、zn2+或其他金属离子和氧化态)、或配阳离子(complexcation)例如nh4+。阴离子往往是卤离子(f-、cl-、br-、i-)、或配阴离子(complexanion)(例如但不限于co32-、io3-、oh-、clo4-、no3-、po43-)。小溶剂合物分子包括但不限于h2o、nh3、脲co(nh2)2、乙醇ch3-ch2-oh和甲醇ch3-oh。无机盐溶剂合物可以是水合无机盐。无机盐溶剂合物的实例可以包括但不限于水合氯化钙(cacl2·6h2o)、水合硝酸锰mn(no3)2·6h2o和水合氯化锰mncl2·4h2o。相变材料可以包括一种或更多种无机盐溶剂合物，例如，其可以包括由水合硝酸锰mn(no3)2·6h2o和水合氯化锰mncl2·4h2o的混合物组成的基于锰的体系。
许多无机盐水合物表现出显著的过冷或过冷却，以再结晶。使用成核剂以通过催化结晶过程来减少再结晶需要的这种过冷，或者通过表面活性剂减小均匀成核势垒，或者通过提供在其上不均匀成核的基底或外来颗粒。通常，成核剂是与围绕其的相变材料化学不同的外来颗粒、基底或表面活性剂。成核剂通常对微粒储存的整体潜热没有贡献。然而，当使颗粒低于pcm的转变温度时，成核剂成为逆转变的种子。在熔融体系的情况下，成核剂成为固相的种子并引起冻结。在许多无机pcm体系中，这显著地减少了过冷却。
根据某些实施方案，所公开的微粒减少相变材料的过冷却。无机相变材料通常表现出过冷却——由于固相成核所需的热力学驱动力而使测量的凝固温度低于熔化温度的效果。该效果可以很显著，其中凝固点测量为低于熔点大于10℃，这在实际应用中减少了这些材料的用途。由于成核是随机过程，因此过冷却在小样品体积(例如，粉末添加剂)中往往恶化。成核剂是可以添加到相变材料中并且在目的温度范围内不经历相变的杂质。成核剂改善相变材料的热可逆性。成核剂或成核试剂能够通过在剩余材料熔化时保持固体并且在冷却时使固相成核来减少过冷却。这些成核剂可以导致减少的过冷却，使得相变材料在彼此的一定范围内的温度下凝固和熔化。例如，根据某些实施方案，相变材料可以在彼此的10℃内、彼此的8℃内、6℃内、5℃内、4℃内、3℃内、2℃内或1℃内的温度下凝固和熔化。根据某些实施方案，相变材料可以在基本上相同的温度下凝固和熔化。
在一些实施方案中，成核剂可以是与相变材料同构的无机盐溶剂合物。显示出在cacl2·6h2o体系中表现良好的成核剂的实例是水合氯化锶(srcl2·6h2o)。一些替代的成核剂包括cabr2·6h2o、bai2·6h2o和srbr2·6h2o。非同构成核剂可以包括其他无机材料例如二氧化硅或碳酸钙。
只要绝缘材料的操作温度不超过成核剂的熔化温度，该固体成核剂就可以用于催化相变材料的再冻结。
颗粒可以包含按重量计一定百分比的成核剂。在一些实施方案中，颗粒可以包含按重量计大于0.1％、大于0.5％、大于1％、大于2％、大于4％、大于6％、大于8％、大于10％或大于15％的成核剂。在一些实施方案中，颗粒可以包含按重量计小于或等于25％、小于或等于15％、小于或等于10％、小于或等于8％、小于或等于6％、小于或等于4％、小于或等于2％、或者小于或等于1％的成核剂。上述范围的组合也是可能的(例如，大于1％且小于或等于10％)。其他范围也是可能的。
根据一些实施方案，颗粒可以具有一定的平均直径，其中直径是颗粒内最远两点之间在三维空间中的距离。根据一些实施方案，颗粒的平均直径为约0.1微米至200微米。在一些实施方案中，颗粒的平均直径为10微米至100微米。根据某些实施方案，颗粒的平均直径为大于0.1微米、大于1微米、大于10微米、大于20微米、大于50微米或大于100微米。根据某些实施方案，颗粒的平均直径为小于或等于300微米、小于或等于200微米、小于或等于150微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、小于或等于20微米、或者小于或等于10微米。上述范围的组合也是可能的。其他范围是可能的。
根据某些实施方案，相变材料的平均熔点(或转变温度)为至少-20℃、至少0℃、至少10℃、至少15℃、至少20℃、至少25℃、至少30℃、至少35℃、至少40℃、至少60℃、至少80℃、至少100℃或至少150℃。在某些实施方案中，相变材料的平均熔点(或转变温度)小于或等于200℃、小于或等于150℃、小于或等于100℃、小于或等于80℃、小于或等于60℃、小于或等于40℃、小于或等于35℃、小于或等于30℃、小于或等于25℃、小于或等于20℃、小于或等于15℃、小于或等于10℃、或者小于或等于0℃。上述范围的组合也是可能的(例如，至少15℃且小于或等于35℃)。其他范围也是可能的。
由于pcm的操作模式取决于潜热储存，所以较高的潜热能够改善操作。嵌入的无机pcm的体积潜热容通常是替代有机pcm的约两倍。
根据一些实施方案，无机相变材料的熔化比潜热可以大于或等于80j/g且小于或等于400j/g。根据一些实施方案，固体无机颗粒的密度可以为1.4g/ml至3g/ml。
根据一个或更多个实施方案，各个微粒还包含密封剂或围绕pcm颗粒的涂层。涂层可以提供蒸气屏障和/或液体屏障。在一些实施方案中，涂层可以是疏水的。疏水性可以理解为意指与水的相互作用在能量上不利。在固体的情况下，这通过水滴在固体的平坦表面上的钝(>90°)接触角来指示。
图5示出了封装的热可逆无机相变材料微粒50。微粒50包含围绕成核剂44并被溶剂屏障涂层52围绕的无机相变材料42。涂层为液体溶剂和溶剂蒸气均提供屏障。例如，当使用水合盐作为相变材料时，涂层是水屏障。其可以为液体提供屏障。其可以为液体和蒸气均提供屏障。
保持无机盐水合物的恒定水化学计量有助于使转变在期望温度下继续发生。因为水可以与开放的环境进行交换，所以为了适当的可热循环性，盐水合物优选地被不透水屏障包围。
该涂层或密封剂可以包含在颗粒被添加到其最终可以并入的泡沫中之前在生产颗粒的过程中添加的聚合物。该涂层可以稳定颗粒(使得颗粒在运输和储存期间不需要保持在气候受控的环境中)，形成蒸气和化学屏障从而允许简单地整合到泡沫本身中，改变颗粒的表面特性以使其更好地分散在整个泡沫前体中，并且一旦将其整合到泡沫中就可以改善pcm颗粒的寿命。
当处于熔融溶液状态时，封装涂层含有颗粒，并且还可以防止相变材料与外部环境的化学交换，所述化学交换可能损害相变材料的热特性。这样的密封剂可以是完整的密封体，其围绕相变材料并防止任何材料逸出涂层，或者允许任何外来化学物质与涂层相互作用。根据某些实施方案，密封剂可以是疏水的。
根据一些实施方案，其中分布有微粒的绝缘基体可以实现封装涂层的功能。在这样的实施方案中，单独的密封剂可以或可以不围绕微粒。例如，当绝缘材料是疏水的，空间填充的并且可以形成闭孔时，绝缘材料可以起到封装涂层的一些功能。例如，聚氨酯可以由存在无机相变材料的前体发泡，从而将无机pcm直接封装在泡沫的孔中。
密封剂通常是可以在无机pcm颗粒周围形成完整壳的聚合物，包括但不限于聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、包含任何这些聚合物的共聚物或包含任何这些材料的多层。这些封装壁的厚度通过密封剂对小分子的渗透性和封装对颗粒平均潜热的影响之间的折衷来确定。在旨在添加到蒸气不可渗透的绝缘材料中的颗粒的情况下，可以使用在纳米厚度范围内的封装层。在一些应用中可能需要多至几微米厚的较厚涂层，以改善复合材料的老化特性。
在引入绝缘基体中之前的本体状态下，颗粒可以呈粉末形式。
根据某些实施方案，公开了用于生产包含成核剂和能够经历可逆相变的热可逆无机相变材料颗粒的微粒的方法。根据某些实施方案，相变微粒可以使用微乳液法来制造。
最初，可以将无机相变材料和成核剂的混合物加热至高于无机相变材料的熔点的温度以产生加热的混合物。通过使相变材料熔化并添加成核剂材料形成溶液或悬浮体。根据一些变型，将混合物充分加热以使成核剂溶解在相变材料中。根据另一些变型，使成核剂分散在相变材料溶液中。加热的混合物可以包括均匀或不均匀的溶液。
可以将加热的混合物添加到温度低于无机相变材料的熔点并足以在无机相变材料中诱导结晶的溶液中，以产生冷却的混合物。制备含有其中相变材料不溶或基本上不溶的溶剂的乳化溶液。例如，如果相变材料是水合盐，则溶液采用非质子溶剂例如甲苯或十八烯。将表面活性剂溶解在该第二溶液中，另外可以溶解稳定剂。所讨论的体系中的表面活性剂包括例如span-60和油酸。溶液可以冷却至低于相变材料的熔点。在一些变型中，将溶液冷却至显著低于相变材料的熔点，以快速诱导冻结。
可以搅拌该乳化溶液(例如，快速搅拌)并添加相变材料混合物，形成乳液。因为乳化溶液已被冷却，所以相变材料冻结形成固体微粒。该过程可以使用宽范围的溶液体积比进行。在一些变型中，乳化溶液的体积是相变材料溶液体积的约两倍。
根据某些实施方案，上述方法允许生产包含微米尺度颗粒的组合物，其中大多数颗粒含有成核剂，大于60％的颗粒含有成核剂，大于70％的颗粒含有成核剂，大于80％的颗粒含有成核剂，大于90％的颗粒含有成核剂，大于95％的颗粒含有成核剂，或者大于99％的颗粒含有成核剂。微米尺度的颗粒直径有助于使颗粒能够容易地与其他材料组合，避免了宏观封装方法所需的复杂性。因为一旦颗粒组合到复合材料中并且每个相变颗粒与其他颗粒分离，颗粒就不能够彼此连通，所以在大多数单个颗粒中包含成核材料是优选的。因此，不包含成核剂的颗粒可能不是热可逆的。这种方法可以与宏观封装不同。在宏观封装的情况下，成核剂容易单独地添加到相变材料的每个胶囊中；然而，宏观封装具有如前所述的缺点。本文所讨论的微粒形成提供了在微米尺度下实现成核的方法。通过使用其中遍布溶解或分散有成核物质的相变材料溶液，该方法产生当分散在惰性基体中时保持热可逆性的微米尺度添加剂。
根据某些实施方案，提供了用于涂覆/封装微粒的方法。一旦完成上述微乳化过程，就可以添加涂层以封装微粒。这可以使用几种不同的过程来进行。一种这样的过程是使聚合物从溶液中沉淀到微粒表面上。为了实现这一点，通过机械搅拌使微粒悬浮在其不溶的溶剂中。在一些实施方案中，使用无机金属盐水合物作为相变材料，并使用甲苯或间甲酚作为溶剂。将旨在涂覆颗粒的聚合物溶解在该溶液中，或者在添加微粒之前已经溶解。在一些形式中，聚合物是聚苯乙烯、聚碳酸酯或尼龙。可以另外将稳定剂溶解在该溶液中。
在搅拌溶液的同时添加第二溶剂。第二溶剂可以缓慢添加。该第二溶剂是聚合物不溶的溶剂。第二溶剂可以以宽范围的浓度溶于第一溶剂中。在一些实施方案中，沉淀溶剂是甲苯或醇。添加后，该溶剂使聚合物从溶液中沉淀出来，使得在颗粒上形成涂层。如果使用稳定剂，也将其添加到沉淀溶剂中。
虽然本文中已经描述和说明了本发明的数个实施方案，但是本领域普通技术人员将容易地设想多种其他方式和/或结构用于表现本文所述功能和/或获得本文所述结果和/或本文所述的一个或更多个优点，并且每个这样的变化和/或修改均被视为在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和结构意为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或结构将取决于使用本发明的教导的一个或更多个具体应用。本领域技术人员将认识到或只需使用常规实验就能够确定本文所述的本发明具体实施方案的许多等同方案。因此，应当理解，前述实施方案仅通过举例的方式提出，并且在所附权利要求书及其等同方案的范围内，本发明可以以除具体描述和要求保护的以外的方式实施。本发明涉及本文所述的各个独立特征、体系、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这些特征、体系、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这些特征、体系、物品、材料、套件和/或方法的任意组合都包括在本发明的范围内。
除非明确指出相反，否则在说明书和权利要求书中，如本文所使用的无数量词应理解为意指“至少一个”。
在说明书和权利要求书中，如本文所使用的表述“和/或”应理解为意指以此联合的要素的“任一者或两者”，即，在一些情况下联合存在而在其他情况下分开存在的要素。除非明确指出相反，否则除由“和/或”表述所具体确定的要素之外，可任选地存在其他要素，无论所具体确定的那些要素是否相关。因此，作为非限制性实例，当与开放式表述例如“包括”联合使用时，在一个实施方案中提及“a和/或b”可表示a但没有b(任选地包括除b之外的要素)；在另一个实施方案中，可表示b但没有a(任选地包括除a之外的要素)；在又一个实施方案中，可表示a和b二者(任选地包括其他要素)；等等。
在说明书和权利要求书中，如本文所使用的“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当在列表中分列项目时,“或”或“和/或”应解释为是包括性的，即包括大量要素或要素列表中的至少一个，而且包括多于一个，并且任选地包括另外的未列出的项目。只有明确指示相反含义的术语，例如“仅仅之一”或“正好之一”，或者当在权利要求中使用“由……组成”时，是指包括大量要素或要素列表中的正好一个。通常，当在具有例如“任一”、“之一”、“仅仅之一”或“正好之一”的排他术语之前时，本文使用的术语“或”应该解释为表示排他的选择(即，“一个或另一个而不是两者”)。当用于权利要求中时，“基本上由……组成”应该具有其在专利法领域中所使用的普通含义。
关于一个或更多个要素的列表，在本说明书和权利要求书中，如本文所使用的表述“至少一个”应理解为意指选自要素列表中的任意一个或更多个要素中的至少一个要素，但不必包括该要素列表内具体列举的每个要素中的至少一个，也不排除该要素列表中要素的任意组合。该定义还允许除了在表述“至少一个”所指的要素列表内具体确定的要素之外可任选地存在其他要素，无论与具体确定的那些要素是否相关。因此，作为非限制性实例，“a和b中的至少一个”(或等同地，“a或b中的至少一个”，或等同地，“a和/或b中的至少一个”)在一个实施方案中可表示至少一个a，任选地包括多于一个a，但不存在b(并且任选地包括除了b以外的要素)；在另一个实施方案中，可表示至少一个b，任选地包括多于一个b，但不存在a(并且任选地包括除了a以外的要素)；在又一个实施方案中，可表示至少一个a，任选地包括多于一个a，以及至少一个b，任选地包括多于一个b(并且任选地包括其他要素)；等等。
在权利要求书以及上述说明书中，所有的过渡性表述例如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等应理解为开放式的，即，意指包括但不限于。仅过渡性表述“由……组成”和“基本上由……组成”应分别为封闭式或半封闭式的过渡性表述，如美国专利局的专利审查手册第2111.03部分所规定的。
除非另外定义或指出，否则如本文所使用的涉及形状、取向、对准和/或几何关系的任何术语，例如一个或更多个物品、结构、力、场、流、方向/轨迹和/或其子部件和/或其组合和/或上述未列出的适用于通过这些术语进行表征的任何其他有形或无形要素的或之间的任何上述术语，应理解为不要求绝对符合这些术语的数学定义，而是应理解为表示在如与所述主题最密切相关的领域中普通技术人员所理解的对于如此表征的主题可能的程度上符合这些术语的数学定义。涉及形状、取向和/或几何关系的这些术语的实例包括但不限于描述以下的术语：形状，例如圆形、方形、圆形的/圆形、矩形的/矩形、三角形的/三角形、圆柱形的/圆柱形、椭圆形的/椭圆形、(n)多边形的/(n)多边形等；角度取向，例如垂直、正交、平行、竖直、水平、共线等；轮廓和/或轨迹，例如平面/平坦、共面、半球形、部分半球形(semi-hemispherical)、线/线形、双曲线、抛物线、平的、弯曲、直的、弧形、正弦、切线/切向等；方向，例如北、南、东、西等；表面和/或本体材料特性和/或空间/时间分辨率和/或分布，例如光滑、反射、透明、澄清、不透明、刚性、不可渗透、均匀(地)、惰性、不可润湿、不溶、稳定、不变、恒定、均匀等；以及对于相关领域技术人员显而易见的许多其他表述。作为一个实例，在本文中被描述为“方形”的制品不需要这样的制品具有完全平面或线性并且以恰好90度的角度相交的面或侧面(实际上，这样的制品只可以作为数学抽象的方式存在)，而是，这样的物品的形状应被解释为在以下程度上近似如数学上所定义的“方形”：如本领域技术人员将理解的或如具体描述的所述制造技术通常可达到并实现的程度。作为另一个实例，在本文中被描述为“对准”的两个或更多个制品不需要这样的制品具有完全对准的面或侧面(实际上，这样的制品只可以以数学抽象的方式存在)，而是，这些制品的布置应被解释为在以下程度上近似如数学上所定义的“对准”：如本领域技术人员将理解的或如具体描述的所述制造技术通常可达到并实现的程度。