林釀志，李傳常

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410114）

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，物流行業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可或缺且具有戰(zhàn)略地位的一環(huán)。其中冷鏈物流業(yè)由于國(guó)家的重視與支持，市場(chǎng)增長(zhǎng)速度較快。當(dāng)前，我國(guó)冷鏈物流市場(chǎng)已經(jīng)迎來了黃金時(shí)期，市場(chǎng)需求總量達(dá)到億噸級(jí)別[1]。受到新冠肺炎疫情影響，食品物資流轉(zhuǎn)困難，增加了運(yùn)輸?shù)闹芷诤筒淮_定性，保鮮問題凸顯，而冷鏈物流利用低溫監(jiān)控優(yōu)勢(shì)，在疫情間期為食品流通貢獻(xiàn)了一份力量。但是我國(guó)的冷鏈發(fā)展仍然滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，超過80%的水產(chǎn)動(dòng)植物及其加工產(chǎn)品、90%的肉類食物、大多數(shù)的乳制成品在運(yùn)輸過程中仍缺乏有效的低溫監(jiān)測(cè)[2-3]。冷鏈物流的運(yùn)輸要求從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)戒N售的整個(gè)運(yùn)輸過程中都處于低溫，擴(kuò)大物品的配送范圍且延長(zhǎng)保質(zhì)期[4]。相變儲(chǔ)冷技術(shù)利用相變材料在相變過程中通過吸收或釋放大量的能量來維持溫度近乎不變的特性達(dá)到控制周圍環(huán)境溫度的效果，可以解決能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的問題并提升能源利用效率，滿足了冷鏈運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

相變儲(chǔ)冷技術(shù)的研究重點(diǎn)為開發(fā)新型相變儲(chǔ)能材料(即相變儲(chǔ)冷材料)。研究者根據(jù)冷鏈運(yùn)輸?shù)牟煌繕?biāo)：果蔬、農(nóng)產(chǎn)品、疫苗等，針對(duì)性地開發(fā)無機(jī)、有機(jī)以及復(fù)合等類型的高潛熱、低相變溫度的相變儲(chǔ)能材料[5-6]。無機(jī)相變材料如重水、五氯化銻、硫酸等均被研究用于儲(chǔ)冷領(lǐng)域[7]。有機(jī)相變材料的研發(fā)以定形有機(jī)相變材料為主，如十二烷/膨脹石墨相變儲(chǔ)冷材料[7]、月桂酸/膨潤(rùn)土相變儲(chǔ)冷材料[8]等。通過選擇不同單一有機(jī)物進(jìn)行復(fù)合可制備有機(jī)復(fù)合相變儲(chǔ)冷劑[9]：十二醇可與辛酸復(fù)合成相變溫度在2.08 ℃的相變儲(chǔ)冷材料，潛熱值達(dá)到了224.5 J/g[6]；正辛酸可與肉豆蔻酸復(fù)合得到相變儲(chǔ)冷材料，它的相變溫度為7.1 ℃，潛熱值為146.1 J/g[10]；甘氨酸復(fù)合丙三醇可獲得相變潛熱為296.4～305.9 J/g，保溫范圍為-7.3～-5 ℃的多種相變儲(chǔ)冷劑[11]；月桂酸/十四烷復(fù)合并使用硅藻土作為載體可得到定型相變儲(chǔ)冷劑，它的相變溫度為4.03 ℃，潛熱值達(dá)207.05 J/g[12]。對(duì)無機(jī)復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料的研究中，有學(xué)者對(duì)十水硫酸納進(jìn)行復(fù)合改性，它的相變溫度為6.4 ℃，潛熱值為141 J/g[13]。山梨酸鉀不僅可與水混合得到相變溫度為-2.5 ℃、潛熱值達(dá)256.2 J/g的復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料[10]，也可與聚丙烯酸鈉復(fù)合得到相變溫度為-2.9 ℃、潛熱值為293.8 J/g 的復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料[14]。有機(jī)-無機(jī)復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料的研究受到了許多學(xué)者的關(guān)注。將乳酸鈣搭配氯化銨和高吸水性樹脂可制備出相變溫度為-4.2 ℃，相變潛熱為297.8 J/g 的復(fù)合相變儲(chǔ)冷劑[15]。有學(xué)者制備出甘露醇/氯化鉀/高吸水性樹脂的復(fù)合相變儲(chǔ)冷劑，其相變發(fā)生在-4.65 ℃，相變潛熱達(dá)308.16 J/g[5]。浙江大學(xué)的應(yīng)鐵進(jìn)教授課題組[15-16]也針對(duì)甘露醇進(jìn)行了研究，他們通過復(fù)合無機(jī)鹽(氯化鉀、氯化銨)制備了多種定型復(fù)合相變儲(chǔ)冷劑。

發(fā)達(dá)國(guó)家的冷鏈物流發(fā)展較為完善[17-18]，而我國(guó)的冷鏈技術(shù)仍有待進(jìn)一步發(fā)展，目前以冷藏車制冷機(jī)組為主的方式能耗較大，成本較高[19-20]。冷鏈物流過程中缺乏穩(wěn)定的低溫環(huán)境，冷鏈系統(tǒng)前端、各環(huán)節(jié)銜接貯運(yùn)中溫度控制及冷鏈末端即銷售“最后一公里”挑戰(zhàn)仍然存在，而傳統(tǒng)的制冷方式能源消耗巨大[11,21]。冷鏈運(yùn)輸用相變儲(chǔ)能材料的研發(fā)可有效減少冷鏈運(yùn)輸各環(huán)節(jié)問題，同時(shí)減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)用戶需求與環(huán)保節(jié)能方面的共贏[4]。因此相變儲(chǔ)冷技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景并受到了越來越多的關(guān)注和研究。為促進(jìn)相變儲(chǔ)冷材料在冷鏈運(yùn)輸中得到更好的應(yīng)用，本文對(duì)可用于冷鏈運(yùn)輸?shù)南嘧儍?chǔ)能材料進(jìn)行了系統(tǒng)的分類，并概述了它們的近期研究現(xiàn)狀，包括熱物性、優(yōu)缺點(diǎn)與改善措施，最后總結(jié)了相變儲(chǔ)能材料在冷鏈運(yùn)輸中的應(yīng)用情況并提出了幾點(diǎn)意見以供參考。

1 相變儲(chǔ)能材料的分類

如圖1 所示[7,15,22-23]，根據(jù)結(jié)構(gòu)，可將相變儲(chǔ)能材料分為無機(jī)相變儲(chǔ)能材料、有機(jī)相變儲(chǔ)能材料和共晶相變材料(有機(jī)-有機(jī)復(fù)合相變儲(chǔ)能材料、無機(jī)-無機(jī)復(fù)合相變儲(chǔ)能材料、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合相變儲(chǔ)能材料等)[24-26]。部分可用于冷鏈運(yùn)輸?shù)南嘧儍?chǔ)能材料(即相變儲(chǔ)冷材料)列于表1。

圖1 相變儲(chǔ)能材料的分類Fig.1 Classification of phase change materials for energy storage

表1 相變儲(chǔ)冷材料的熱物性參數(shù)Table 1 Thermal physical properties of phase change cold storage materials

續(xù)表

1.1 無機(jī)相變儲(chǔ)能材料

對(duì)于無機(jī)相變儲(chǔ)能材料，可進(jìn)一步分為水合鹽、無機(jī)化合物材料與金屬合金。其中，水合鹽是無機(jī)鹽與水形成的結(jié)晶體，目前研究較多的有Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O、Na2S2O3·5H2O、KNO3等，具有高相變潛熱、價(jià)格低廉且導(dǎo)熱性能良好的優(yōu)點(diǎn)，但均存在與金屬發(fā)生腐蝕、過冷和相分離現(xiàn)象[37-39]。無機(jī)化合物相變潛熱較小且金屬合金密度較高，因此都沒有被廣泛運(yùn)用在儲(chǔ)能系統(tǒng)里面。在低溫冷鏈運(yùn)輸中，應(yīng)用較多的無機(jī)相變儲(chǔ)能材料為水合鹽與水[3]?？偟膩碚f，無機(jī)相變材料價(jià)格便宜、導(dǎo)熱性能好，但具有種類少、過冷現(xiàn)象嚴(yán)重、相分離、有一定腐蝕性等缺點(diǎn)[28]。

1.2 有機(jī)相變儲(chǔ)能材料

有機(jī)相變儲(chǔ)能材料是碳基化合物，可進(jìn)一步分類為烷烴與非烷烴[7]，主要是石蠟、有機(jī)酸、多元醇、酯等有機(jī)物[13]。多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，有機(jī)相變材料結(jié)晶時(shí)過冷現(xiàn)象不明顯，且化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定[23]。有機(jī)相變儲(chǔ)能材料具有無相分離現(xiàn)象、性能穩(wěn)定、無腐蝕、無毒等優(yōu)點(diǎn)，但存在易泄漏、導(dǎo)熱性能差等缺陷[31]。

1.3 共晶相變儲(chǔ)能材料

傳統(tǒng)的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料與無機(jī)相變儲(chǔ)能材料因?yàn)楦髯圆牧系娜秉c(diǎn)使得它們的應(yīng)用受到了限制，研究者們研制出了共晶相變儲(chǔ)能材料，它通常是由兩種或兩種以上的成分組成的低共熔物。共晶相變儲(chǔ)能材料是一種將不同相變材料與添加劑以一定方式混合制備出的性能穩(wěn)定的材料[12]。為了防止制備出的共晶相變儲(chǔ)能材料泄漏，研究者們采取封裝或者將相變材料負(fù)載至基體材料中(如高吸水性樹脂、膨脹石墨等)[8,15,21,26,40-41]的方法。目前共晶相變材料在導(dǎo)熱性能、循環(huán)穩(wěn)定性和儲(chǔ)熱性能方面仍需進(jìn)一步研究改善，有待進(jìn)一步開展大范圍的實(shí)際應(yīng)用。

2 冷鏈運(yùn)輸相變儲(chǔ)能材料的性能調(diào)控與成型封裝

2.1 材料的性能調(diào)控

2.1.1 相變溫度與潛熱值

單一的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料與無機(jī)相變儲(chǔ)能材料可用于冷鏈運(yùn)輸?shù)姆N類較少且應(yīng)用受限。研究者們通過調(diào)整不同有機(jī)或者無機(jī)材料間的質(zhì)量比來調(diào)控共熔物的相變溫度達(dá)到目標(biāo)區(qū)間，并根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域需求來添加不同類型材料，即制備出二元或多元復(fù)合體系來得到低成本且性能優(yōu)異的共晶相變儲(chǔ)冷材料。比如月桂酸、正癸酸分別與十四烷進(jìn)行混合可得到適用于非冷凍低溫區(qū)運(yùn)輸?shù)牡凸踩诙旌舷嘧儾牧?，具體為：月桂酸/十四烷(質(zhì)量比為3.12∶96.88)，相變溫度為4.03 ℃、相變潛熱為207.05 J/g；正癸酸/十四烷(質(zhì)量比為22.68∶77.32)，相變溫度為3.19 ℃、相變潛熱為189.21 J/g[12,32]。通過調(diào)控十水硫酸納/氯化鉀/氯化銨三元體系的質(zhì)量比，可將相變溫度調(diào)低至4～7 ℃[13]。制備出相變溫度可調(diào)且在目標(biāo)溫度區(qū)間的相變儲(chǔ)冷材料后，需進(jìn)一步的性能調(diào)控才能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

2.1.2 相分離與過冷度

對(duì)相變儲(chǔ)能材料的性能調(diào)控需考慮改善過冷、相分離、腐蝕、循環(huán)性能差等問題[28]，其中無機(jī)相變材料主要需改善的是相分離與過冷問題。無機(jī)相變材料由多種成分組合以后，經(jīng)過反復(fù)融化和凝固，存在相分離的可能，這導(dǎo)致熱物性降低，影響使用效果[42]。

相分離是指水合鹽的溶解度不足導(dǎo)致即使升溫或者加熱到水合鹽的熔點(diǎn)以上，仍然存在部分鹽無法溶解的現(xiàn)象。針對(duì)相分離有三種解決方法：一是加入增稠劑如羧甲基纖維素(CMC)[4]；二是不停攪拌或者晃動(dòng)[37,43]；三是加入晶體結(jié)構(gòu)改變劑[7,37,44]。添加羧甲基纖維素鈉(CMC)，通過水合膨脹的長(zhǎng)鏈原理，提高儲(chǔ)冷劑的黏度，根據(jù)實(shí)際需求選擇相應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CMC[27,36]。高吸水性樹脂(SAP)能吸水幫助液態(tài)相變材料轉(zhuǎn)換成凝膠狀，防止因包裝破損出現(xiàn)相變材料泄漏的問題[12]。

過冷是指液態(tài)物質(zhì)在凝固過程中，溫度冷卻到“凝固點(diǎn)”并沒有結(jié)晶，需進(jìn)一步冷卻到“凝固點(diǎn)”以下才出現(xiàn)結(jié)晶，而水合鹽易受到多方面因素影響呈現(xiàn)出不同的過冷現(xiàn)象，會(huì)影響相變材料的儲(chǔ)冷性能[45-46]。在材料中可添加與水合鹽結(jié)晶類似的晶核(即加入成核劑)來促使水合鹽結(jié)晶改善過冷現(xiàn)象。針對(duì)無機(jī)水合鹽類的儲(chǔ)冷劑，可根據(jù)實(shí)際情況選擇添加劑來改善過冷度高的問題，如谷海明[47]選擇添加六水氯化鎂解決Mg(NO3)2·6H2O 過冷度高的問題。此外，超聲波具有誘導(dǎo)成核和改善傳熱傳質(zhì)均勻性的作用，將脈動(dòng)熱管與超聲波相結(jié)合應(yīng)用于相變材料儲(chǔ)冷，是提高儲(chǔ)冷性能的有效措施[48]。所以研究無機(jī)相變儲(chǔ)冷材料時(shí)，需考慮采取過冷度較小的相變材料為基體或者加入成核劑來減輕過冷的程度。

研究者們?cè)谥苽錈o機(jī)相變儲(chǔ)冷材料時(shí)，大多會(huì)選擇添加增稠劑和成核劑來分別改善它們的相分離與過冷，如黃金等[49]選用羧甲基纖維素為增稠劑，硼砂為成核劑改善Na2SO4·10H2O 的性能；也有學(xué)者[50]使用硼砂、聚丙烯酸鈉改善十水硫酸鈉體系過冷和相分離。研究者發(fā)現(xiàn)可添加成核劑SrCl2·6H2O和Ba(OH)2改性CaCl2·6H2O 的相分離，這兩種晶體聯(lián)合可以誘導(dǎo)CaCl2·6H2O 結(jié)晶，從而達(dá)到抑制過冷的作用，在10次的熔化-冷卻循環(huán)中，新型無機(jī)相變材料的平均過冷度為1.07 ℃[51]。

2.1.3 其他性能調(diào)控

有機(jī)相變材料盡管不存在過冷和相分離的現(xiàn)象，但相變潛熱相對(duì)不高，較高的相變溫度需多種材料組合來進(jìn)行調(diào)控才能用于儲(chǔ)冷領(lǐng)域，且易泄漏、導(dǎo)熱性能差。針對(duì)有機(jī)相變材料的缺點(diǎn)可采取微膠囊技術(shù)、添加金屬或金屬氧化物納米顆粒等措施[30,42,52-55]。添加高導(dǎo)熱系數(shù)粒子可提升材料的導(dǎo)熱性能，如在NH4Cl 溶液添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的納米銅粉后，不僅使其擁有較低的相變溫度和較高的相變潛熱，還提高了導(dǎo)熱性能[56]；通過添加防腐劑(如甘氨酸[11])來延長(zhǎng)相變儲(chǔ)冷劑的使用壽命。

2.2 材料成型封裝

相變儲(chǔ)冷劑在固態(tài)與液態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，如果包裝破損溶液泄漏產(chǎn)生污染，尤其在冷藏車上時(shí)，容易產(chǎn)生較大的晃動(dòng)，所以需要對(duì)相變材料進(jìn)行定型封裝才能提高冷鏈運(yùn)輸中的安全性。將相變材料負(fù)載到基體材料(如膨脹石墨[26,57]、高吸水性樹脂[15-16]等)中是一種制備定型相變儲(chǔ)能材料的方法。同時(shí)，材料封裝是另一種將相變材料進(jìn)行定型的技術(shù)。封裝技術(shù)是將材料裝入一定體積的密封容器中，以達(dá)到以下目的：①避免PCM(相變材料)與環(huán)境直接接觸，以免對(duì)環(huán)境造成危害；②防止PCM 處于液態(tài)時(shí)發(fā)生泄漏；③增加傳熱面積，提升導(dǎo)熱性能[58]。用于封裝的容器應(yīng)該具有一定的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性與耐腐蝕等性能[59]。封裝方法可分為宏觀封裝、微觀封裝和納米封裝。目前應(yīng)用于冷鏈運(yùn)輸相變儲(chǔ)能材料的封裝研究以儲(chǔ)冷板、儲(chǔ)冷冰袋和微膠囊為主。

圖2分別列舉了目前常見的用于冷鏈運(yùn)輸?shù)膬?chǔ)冷板和儲(chǔ)冷冰袋，填充的儲(chǔ)冷劑的質(zhì)量影響著它們的儲(chǔ)冷量[60]。眾多研究者將相變材料封裝至儲(chǔ)冷袋，應(yīng)用在普通生鮮產(chǎn)品的貯運(yùn)中，保溫效果良好且成本低[15-16,61]。相變微膠囊儲(chǔ)能材料由外殼壁包裹相變材料組成，根據(jù)膠囊的大小可分為大膠囊、微膠囊和納米膠囊，直徑分別為1 mm～1 cm、1 μm～1 mm和小于1 μm[28]。將納米結(jié)構(gòu)嵌入到純PCM 中以提高循環(huán)相變過程中的傳熱速率，納米結(jié)構(gòu)改變了相變材料的熱物理性質(zhì)。膠囊的大小可呈現(xiàn)出不同的形態(tài)(圖3)，最常見的是球形與不規(guī)則形態(tài)[62-63]。研究者[30]以聚甲基丙烯酸甲酯為微膠囊殼材對(duì)正十四烷進(jìn)行封裝，通過原位聚合法得到了相變儲(chǔ)冷材料。Hoang等[64]將生物衍生材料和可降解生物聚合物作為封裝相變儲(chǔ)冷材料的微膠囊殼，具有良好的環(huán)境效益。

圖2 用于冷鏈運(yùn)輸?shù)模?a)儲(chǔ)冷板[60]；(b)儲(chǔ)冷冰袋Fig.2 (a)cold storage panels[60];(b)cold storage ice packs for cold chain transport

3 相變儲(chǔ)能材料在冷鏈運(yùn)輸中的應(yīng)用

圖3 微膠囊的可能形態(tài)：(a)不規(guī)則形狀；(b)簡(jiǎn)單；(c)多壁；(d)多核；(e)基質(zhì)顆粒[63]Fig.3 Possible forms of microcapsules:(a)irregular shape;(b)simple;(c)multi-wall:(d)multi-core;and(e)matrix type[63]

最初相變儲(chǔ)能材料結(jié)合儲(chǔ)冷技術(shù)研發(fā)出的相變儲(chǔ)冷材料主要應(yīng)用在空調(diào)領(lǐng)域，隨著儲(chǔ)冷技術(shù)的進(jìn)步與冷鏈物流的規(guī)模擴(kuò)大，按照用途可將相變儲(chǔ)冷材料的應(yīng)用分為食品冷鏈運(yùn)輸與醫(yī)用冷鏈運(yùn)輸兩類。表2列舉了部分物品在冷鏈運(yùn)輸中所需的適宜溫度。

表2 部分物品在冷鏈運(yùn)輸過程中的適宜溫度Table 2 Suitable temperature for some items during cold chain transportation

3.1 食品冷鏈運(yùn)輸

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)食品的冷鏈運(yùn)輸需求越來越大，將相變材料應(yīng)用到食品冷鏈運(yùn)輸領(lǐng)域如包裝、冷藏柜、冷藏車、儲(chǔ)冷保溫箱、冷藏集裝箱等是近年來的熱點(diǎn)[65-67,75]。按照能源供應(yīng)方式，食品冷鏈運(yùn)輸可分為有源型和無源型低溫配送制冷。有源型低溫配送系統(tǒng)自帶制冷裝置，如機(jī)械式冷藏車；無源型低溫配送系統(tǒng)則是采用相變儲(chǔ)冷材料的相變過程來維持低溫環(huán)境[75]。采用相變儲(chǔ)冷材料的無源型低溫配送系統(tǒng)成本低且使用方便，被廣泛應(yīng)用于食品冷鏈運(yùn)輸[76]。

使用相變材料對(duì)冷藏車的傳統(tǒng)保溫方法進(jìn)行改進(jìn)可節(jié)約能源、減少傳統(tǒng)制冷裝置的污染、減少制冷設(shè)備尺寸和延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命。國(guó)外學(xué)者Ahmed等[77]針對(duì)冷藏卡車的壁面漏熱現(xiàn)象，在標(biāo)準(zhǔn)拖車壁中加入石蠟基多氯聯(lián)苯，使得進(jìn)入冷藏室的日均熱流量減少了16.3%。國(guó)內(nèi)學(xué)者在冷藏車的箱體中加入復(fù)合相變材料，使得箱體更適合蔬菜的冷藏保鮮[78]。冷藏集裝箱主要由保溫箱和儲(chǔ)冷板組成，依靠配置不同溫度的儲(chǔ)冷板來控制溫度。儲(chǔ)冷板內(nèi)裝填高效相變儲(chǔ)冷材料可反復(fù)使用。童山虎等[79]將相變材料填充進(jìn)儲(chǔ)冷板，并研制一種儲(chǔ)冷式保溫集裝箱，這種新式儲(chǔ)冷箱比傳統(tǒng)冷藏箱的運(yùn)行能耗成本節(jié)約61.9%。目前已研發(fā)出多種新型儲(chǔ)冷板如平板儲(chǔ)冷板[16]、鋸齒形新型儲(chǔ)冷板[80]，填充相變儲(chǔ)冷材料后可獲得良好的保冷性能，提升了冷藏集裝箱、儲(chǔ)冷保溫箱的使用效率。有研究者將相變儲(chǔ)冷材料封裝在聚乙烯儲(chǔ)冷板中，搭配真空絕熱板保溫箱可使得保冷時(shí)間延長(zhǎng)13.31%[33]。

3.2 醫(yī)用冷鏈運(yùn)輸

醫(yī)用冷鏈運(yùn)輸中，物品的品質(zhì)好壞關(guān)系到病員的生命安全與身體健康，如果醫(yī)用品在冷鏈運(yùn)輸中暴露在不同于建議溫度的環(huán)境下會(huì)增加不小的風(fēng)險(xiǎn)[81]，故而對(duì)冷鏈運(yùn)輸各環(huán)節(jié)要求非常嚴(yán)格。

我國(guó)規(guī)定全血及紅細(xì)胞的保存溫度為2～6 ℃，國(guó)際上的規(guī)定為2～8 ℃[69]，將相變儲(chǔ)冷材料用在冷藏庫集裝箱、儲(chǔ)冷保溫箱等便攜式儲(chǔ)運(yùn)裝置上，可提升血液運(yùn)輸?shù)臏囟拳h(huán)境安全保障[29,69,82]。有研究者采用相變儲(chǔ)冷劑結(jié)合冰袋成功在高原地區(qū)有效延長(zhǎng)了血液儲(chǔ)存時(shí)間達(dá)35 天，有利于我們國(guó)家軍隊(duì)的高原野戰(zhàn)[83]。大多數(shù)的疫苗運(yùn)輸溫度要求為2～8 ℃，有研究者通過將研發(fā)的新型相變儲(chǔ)冷材料配合保溫箱(EPS箱)維持8 ℃以內(nèi)的時(shí)間達(dá)80 h，滿足疫苗運(yùn)輸需求[84]。目前國(guó)內(nèi)有人研究基于相變儲(chǔ)冷技術(shù)的儲(chǔ)冷保溫箱，并將其用于疫苗運(yùn)輸[60]。儲(chǔ)冷箱屬于被動(dòng)制冷，它存在儲(chǔ)冷時(shí)間較短、內(nèi)部溫度分布不均等不足，對(duì)疫苗的冷鏈安全運(yùn)輸存在威脅[22]。針對(duì)儲(chǔ)冷箱的這些問題，有學(xué)者通過研制新型疫苗儲(chǔ)冷保溫箱，在內(nèi)部放置高效相變儲(chǔ)冷材料，可保持內(nèi)部在目標(biāo)溫度的時(shí)間為44 h，同時(shí)添加溫度監(jiān)控設(shè)備方便用戶在手機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)部溫度，該保溫箱在小批量的滅活疫苗運(yùn)輸上具有一定優(yōu)勢(shì)[26]。

除了常規(guī)低溫需求的大多數(shù)疫苗等醫(yī)用品外，還存在需要更低保存溫度的醫(yī)用品，這樣可以延長(zhǎng)它們的保存時(shí)間。如需要在-15 ℃以下儲(chǔ)存的活疫苗[71]、在-65 ℃以下儲(chǔ)存的冰凍紅細(xì)胞[73]以及在-80～-60 ℃儲(chǔ)存的瑞輝新冠疫苗[74]。針對(duì)這種超低溫醫(yī)用冷鏈運(yùn)輸需求，有研究者利用相變儲(chǔ)冷材料研制出了無源型低溫運(yùn)輸箱，可在-65 ℃以下溫度維持10 h[73]。

4 展 望

目前國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行了很多研究并在冷鏈運(yùn)輸中得到了一定的應(yīng)用，但是對(duì)于在材料制備中遇到的如相分離、過冷度、相變潛熱不高、導(dǎo)熱系數(shù)小等問題的改善仍需要進(jìn)一步的研究。綜上，冷鏈運(yùn)輸相變儲(chǔ)能材料可從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步深入研究：

（1）研制高相變潛熱值、低相變溫度、高導(dǎo)熱系數(shù)的相變儲(chǔ)冷材料；

（2）針對(duì)冷鏈運(yùn)輸中不同物品各自的溫度區(qū)間要求，設(shè)計(jì)出符合不同溫區(qū)要求的相變儲(chǔ)冷材料；

（3）改善相變儲(chǔ)冷材料的相分離與過冷度等問題，提升熱穩(wěn)定性；

（4）基于相變儲(chǔ)能材料開發(fā)配套的儲(chǔ)冷模塊以適應(yīng)不同的冷鏈運(yùn)輸需求。