Termodinamička analiza i karakterizacija fazno-promenljivih legura na bazi bizmuta i galijuma

Abstract

Fazno-promenljivi materijali za akumulaciju toplote predstavljaju vrlo važnu grupu funkcionalnih materijala koji imaju široku primenu u različitim industrijskim oblastima. Glavna karakteristika ovih materijala je velika količina latentne toplote koja se apsorbuje ili oslobađa na približno konstantnoj temperaturi usled dešavanja povratne fazne transformacije u samom materijalu. Veliki broj organskih i neorganskih materijala je do sada ispitivan i komercijalno primenjen u oblasti fazno-promenljivih materijala za akumulaciju toplote. Poslednjih godina vrše se intenzivna istraživanja metalnih materijala kao potencijalnih fazno-promenljivih materijala. Glavne prednosti metalnih fazno-promenljivih materijala u odnosu na druge tipove materijala su njihova visoka toplotna provodljivost i velika količina latentne toplote topljenja po jedinici zapremine. Predmet ispitivanja u okviru ove doktorske disertacije su niskotopive eutektičke legure na bazi bizmuta i galijuma koje spadaju u metalne materijale sa najvećim potencijalom primene u srednjem i niskom temperaturnom opsegu rada fazno-promenljivih materijala. U doktorskoj disertaciji je izvršen termodinamički proračun i eksperimentalno određivanje mikrostrukturnih karakteristika i termičkih osobina poput temperature topljenja, latentne toplote topljenja i toplotne provodljivosti eutektičkih legura iz Bi-In, Bi-Sn, Bi-In-Sn i Bi-Sn-Zn sistema na bazi bizmuta kao i Ga-In i Ga-Sn sistema na bazi galijuma. Dobijeni rezultati će doprineti boljem poznavanju osobina metalnih fazno-promenljivih materijala za akumulaciju toplote i proširiti postojeći fond fundamentalnih i praktičnih znanja o ispitivanoj grupi funkcionalnih metalnih materijala na bazi bizmuta i galijuma.

Phase change materials (PCMs) for thermal energy storage represent a very important group of functional materials that have wide application in different industrial areas. The main characteristic of these materials is the large amount of latent heat that is absorbed or released at approximately constant temperature due to the occurrence of a reverse phase transformation in the material itself. So far, a large number of organic and inorganic materials have been tested and commercially applied in the field of phase-changeable heat accumulation materials. In recent years, intensive research of metal materials as a potential phase-change materials has been carried out. The main advantages of metallic phase-change materials in relation to other types of materials are their high thermal conductivity and a large amount of latent heat dissipation per unit volume. The low-melting eutectic alloys based on bismuth and gallium that belong to metal materials with the greatest potential for application in the medium and low temperature range of phase-change materials are the subject of this doctoral thesis. In the doctoral dissertation a thermodynamic calculation and experimental determination of microstructural characteristics and thermal properties such as melting temperature, latent heat of melting and thermal conductivity of eutectic alloys from the Bi-In, Bi-Sn, Bi-In-Sn and Bi-Sn-Zn systems based on bismuth as well as Ga-In and Ga-Sn systems based on gallium is carried out. The obtained results will contribute to a better knowledge of the properties of metallic phase-change materials for thermal energy storage and expand the existing fund of fundamental and practical knowledge about the examined group of functional metallic materials based on bismuth and gallium.