Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Liệu pháp nhiệt (thermotherapy) là phương pháp vật lý trị liệu ứng dụng nhiệt độ để hỗ trợ giãn mạch máu, gia tăng lưu lượng tuần hoàn, cung cấp oxy và dưỡng chất đến các mô tổn thương, đồng thời hỗ trợ giảm đau và thư giãn hệ cơ. Trong phân loại nhiệt trị liệu theo dải nhiệt độ hữu ích, nhóm nhiệt độ tầm trung (42–45 °C với thời gian tác dụng 15–60 phút) giữ vai trò quan trọng trong việc chăm sóc sức khỏe và phục hồi chức năng. Tuy nhiên, các thiết bị nhiệt trị liệu truyền thống (như túi chườm nóng, khăn ướt, đèn hồng ngoại hoặc thiết bị gia nhiệt bằng điện chuyên dụng) thường bộc lộ nhiều hạn chế: khả năng duy trì nhiệt độ ổn định trong thời gian dài kém, chi phí vận hành cao, hoặc tính linh hoạt trong chuyển đổi các nguồn năng lượng thấp.

Vật liệu chuyển pha (Phase Change Materials - PCM), đặc biệt là nhóm lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (Latent Heat Storage - LHS), cung cấp giải pháp duy trì nhiệt độ ổn định thông qua quá trình biến đổi pha rắn – lỏng với mật độ tích trữ năng lượng cao. Trong số các PCM hữu cơ, Polyethylene glycol (PEG 6000) có khoảng nhiệt độ chuyển pha và năng lượng tích trữ nhiệt tiềm ẩn phù hợp cho các ứng dụng y sinh. Mặc dù vậy, PEG tinh khiết gặp phải các nhược điểm kỹ thuật lớn: rò rỉ chất lỏng khi nóng chảy, độ dẫn nhiệt và dẫn điện rất thấp, cùng với hiện tượng quá lạnh (supercooling). Để khắc phục các hạn chế này, than chì giãn nở (Expanded Graphite - EG) với cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao, cùng khả năng hấp thụ quang phổ rộng được sử dụng làm chất nền định hình (Shape-stabilized Phase Change Materials - SSPCM).

Khóa luận tốt nghiệp xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Tổng hợp thành công vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng Polyethylene glycol/Expanded graphite (PEG/EG SSPCM) bằng phương pháp ngâm tẩm và khuấy trộn cơ học.
  2. Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu xốp EG đến các tính chất của vật liệu PEG/EG như hình thái học, cấu trúc, độ kết tinh, hành vi chuyển pha, khả năng tương thích hóa học và độ ổn định nhiệt.
  3. Đánh giá khả năng chuyển đổi quang – điện – nhiệt của hỗn hợp vật liệu PEG/EG.
  4. Đánh giá khả năng ứng dụng của hỗn hợp vật liệu PEG/EG trong liệu pháp nhiệt thông qua mô hình miếng bịt mắt nhiệt.
  • Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu chuyển pha hữu cơ Polyethylene glycol (PEG 6000), vật liệu xốp carbon than chì giãn nở (Expanded Graphite - EG), và hệ composite chuyển pha ổn định hình dạng PEG/EG SSPCM.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát khả năng hấp phụ và lưu trữ PEG của chất nền EG trong dải nồng độ 60–90% wt PEG; khảo sát các đặc tính cấu trúc vi mô, độ bền nhiệt, độ tin cậy qua 500 chu kỳ nhiệt, hiệu suất chuyển đổi năng lượng (quang – nhiệt, điện – nhiệt) và khả năng duy trì nhiệt trong ứng dụng miếng bịt mắt nhiệt ở quy mô phòng thí nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nguyên lý nhiệt động lực học của quá trình chuyển pha rắn – lỏng trong hệ lưu trữ nhiệt tiềm ẩn và cơ chế ổn định hình dạng nhờ cấu trúc mao dẫn của vật liệu xốp. Khung lý thuyết và các khái niệm cốt lõi bao gồm:

  • Lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (LHS): Khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt lượng lớn ở khoảng nhiệt độ gần như không đổi trong quá trình biến đổi pha vật chất.
  • Cơ chế ổn định hình dạng (Shape-stabilization): Sự giam giữ các chuỗi phân tử PEG dạng lỏng bên trong các khoang rỗng của mạng lưới EG thông qua lực mao dẫn, sức căng bề mặt và tương tác liên kết hydro giữa nhóm hydroxyl (-OH) của PEG với các nhóm chức phân cực (-OH, -COOH) trên bề mặt biến tính của EG.
  • Nguyên lý chuyển đổi đa năng lượng: Chuyển đổi quang – nhiệt thông qua sự hấp thụ bức xạ khả kiến và hồng ngoại gần (Vis-NIR) của mạng lưới graphite; chuyển đổi điện – nhiệt dựa trên hiệu ứng nhiệt Joule sinh ra khi dòng điện chạy qua mạng dẫn điện của EG.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai đồng bộ từ khâu chế tạo đến phân tích đặc tính hóa lý:

  • Phương pháp chế tạo: Kỹ thuật ngâm tẩm kết hợp bay hơi dung môi (Solvent evaporation - impregnation). PEG được hòa tan hoàn toàn trong dung môi ethanol ở 80 °C, sau đó phối trộn với bột EG theo các tỷ lệ khối lượng xác định, khuấy cơ học trong 1 giờ ở 80 °C và sấy khô hoàn toàn ở 80 °C trong 24 giờ.
  • Phương pháp phân tích hình thái và cấu trúc:
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) nhằm quan sát hình thái học bề mặt, cấu trúc lớp xốp của EG và mức độ phân tán của PEG trong chất nền.
    • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trong vùng số sóng 4000–400 cm⁻¹ nhằm kiểm tra tương tác liên kết và tính tương thích hóa học giữa PEG và EG.
    • Nhiễu xạ tia X (XRD) nhằm xác định cấu trúc tinh thể và sự biến đổi pha kết tinh của vật liệu composite.
  • Phương pháp đánh giá đặc tính nhiệt và độ bền:
    • Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) xác định nhiệt độ chuyển pha nóng chảy/kết tinh và enthalpy lưu trữ nhiệt tiềm ẩn.
    • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) đánh giá độ bền nhiệt và quá trình phân hủy nhiệt của vật liệu.
    • Thử nghiệm độ tin cậy chu kỳ nhiệt: Tiến hành 500 chu kỳ nóng chảy (gia nhiệt tại 80 °C trong 1 phút) và đông đặc (làm lạnh trong chậu nước đá trong 1 phút) liên tục đối với mẫu tối ưu.
    • Thử nghiệm rò rỉ: Ép mẫu thành viên nén đường kính 20 mm, đặt trên giấy lọc và gia nhiệt ở 80 °C trong 30 phút.
  • Phương pháp đánh giá chuyển đổi năng lượng và ứng dụng:
    • Đo phổ hấp thụ quang học UV-Vis/Vis-NIR để xác định dải hấp thụ ánh sáng.
    • Đo đặc tính quang – nhiệt bằng hệ thống đèn chiếu Halogen mô phỏng ánh sáng mặt trời với cường độ chuẩn 1000 W/m², theo dõi nhiệt độ bằng thiết bị đo tiếp xúc Uni-T UT325.
    • Đo đặc tính điện – nhiệt bằng bộ nguồn DC WANPTEK NPS3010W và camera nhiệt hồng ngoại.
    • Thử nghiệm ứng dụng nhiệt trị liệu thực tế trên tình nguyện viên bằng miếng bịt mắt tích hợp lõi nhiệt composite PEG/EG.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về lý thuyết

Chương này hệ thống hóa các cơ sở lý luận về nhiệt trị liệu, vật liệu chuyển pha và chất nền xốp carbon:

  • Liệu pháp nhiệt (Thermotherapy): Trình bày chi tiết các kỹ thuật nhiệt ướt, nhiệt khô và nhiệt thể thao; phân tích dải nhiệt độ ứng dụng trong y học, nhấn mạnh tầm quan trọng của khoảng nhiệt 42–45 °C trong việc kích thích tuần hoàn máu mà không gây tổn thương mô biểu bì.
  • Vật liệu chuyển pha (PCM): Phân tích ưu và nhược điểm của 3 nhóm PCM chính (hữu cơ, vô cơ và hỗn hợp eutectic) theo bảng so sánh tổng hợp:
Nhóm PCM Khoảng nhiệt độ chuyển pha Enthalpy chuyển pha Độ dẫn nhiệt Độ ổn định hóa lý và an toàn Nhược điểm kỹ thuật chính
Hữu cơ (OPCMs) 0 – 150 °C 150 – 250 J/g Thấp (0.1 – 0.3 W/m.K) Ổn định, không ăn mòn, không độc Độ dẫn nhiệt kém, dễ cháy, rò rỉ pha lỏng
Vô cơ (IPCMs) -30 – 1000 °C 200 – 500 J/g Cao (0.5 – 4.0 W/m.K) Không cháy, sẵn có, giá thành thấp Ăn mòn thiết bị, phân tách pha, quá lạnh lớn
Hỗn hợp Eutectic Cố định theo tỷ lệ 150 – 300 J/g Trung bình (0.2 – 0.8 W/m.K) Tương đối ổn định Chi phí chế tạo cao, quy trình phức tạp
  • Đặc tính của PEG 6000: Khối lượng phân tử 6000 g/mol, nhiệt độ nóng chảy lý thuyết khoảng 53.1 °C với enthalpy nóng chảy 170.1 J/g; nhiệt độ kết tinh khoảng 43.9 °C với enthalpy kết tinh 166.4 J/g. PEG có tính trơ, thân thiện môi trường nhưng độ dẫn nhiệt thấp và xảy ra hiện tượng quá lạnh.
  • Vật liệu xốp và Expanded Graphite (EG): Phân loại vật liệu xốp theo chuẩn IUPAC (vi xốp <2 nm, trung xốp 2–50 nm, vĩ xốp >50 nm). EG được chế tạo bằng phương pháp oxy hóa hóa học graphite tự nhiên bằng axit mạnh rồi nung sốc nhiệt ở 800–1000 °C, tạo ra cấu trúc sâu dạng phiến phồng với diện tích bề mặt lớn, độ dẫn nhiệt cao (25–470 W/m.K) và độ dẫn điện tốt (10⁶–10⁸ S/m).
  • Tổng quan tình hình nghiên cứu: Đánh giá các công trình trong nước của TS. Nguyễn Tiến Giang và cộng sự (hệ 1-octadecanol/fumed silica, PEG/tro trấu biến tính sol-gel mARHA) và các công trình quốc tế (hệ MF@MXene/PEG của Shao và cộng sự, Ppy@MF-PEG của Chen và cộng sự).

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm, hóa chất, thiết bị và các phép đo phân tích:

  • Thành phần hóa chất và tỷ lệ phối trộn mẫu:
Ký hiệu mẫu SSPCM Hàm lượng PEG (% wt) Hàm lượng EG (% wt) Dung môi sử dụng
60% PEG/EG SSPCM 60 40 Ethanol (50 mL)
70% PEG/EG SSPCM 70 30 Ethanol (50 mL)
80% PEG/EG SSPCM 80 20 Ethanol (50 mL)
90% PEG/EG SSPCM 90 10 Ethanol (50 mL)
  • Quy trình chế tạo và kiểm tra độ tin cậy:
    • Quy trình ngâm tẩm bay hơi dung môi ở 80 °C.
    • Quy trình kiểm tra độ tin cậy nhiệt qua 500 chu kỳ chuyển pha nóng/lạnh liên tục (1 phút tại bể điều nhiệt 80 °C và 1 phút tại chậu nước đá).
    • Quy trình kiểm tra rò rỉ mẫu nén tròn (đường kính 20 mm) trên giấy lọc ở 80 °C trong 30 phút.
    • Quy trình kiểm tra nạp/giải phóng quang – nhiệt dưới nguồn sáng Halogen 1000 W/m² trong hộp cách nhiệt.
    • Quy trình kiểm tra chuyển đổi điện – nhiệt tại các mức điện áp khác nhau và theo dõi biến thiên nhiệt bằng camera hồng ngoại.
    • Quy trình kiểm tra ứng dụng liệu pháp nhiệt: Chế tạo lõi nhiệt dạng trụ tròn (đường kính 50 mm, chiều dày 6 mm, khối lượng 15 g từ mẫu 90% PEG/EG), tích hợp vào miếng bịt mắt 2 lớp vải, thử nghiệm truyền nhiệt trên tình nguyện viên khi vật liệu hạ nhiệt về mức 45 °C.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích các dữ liệu đo đạc thực nghiệm:

  • Phân tích hình thái học bề mặt (SEM): Ảnh SEM của EG nguyên bản cho thấy các lớp graphite xếp chồng, uốn nếp tạo nên mạng lưới lỗ xốp dạng sâu với kích thước phân bố trong khoảng 2–28 µm. Với các mẫu composite PEG/EG, khi tỷ lệ PEG tăng dần từ 60% đến 90% wt, cấu trúc lỗ xốp của EG dần được lấp đầy đồng đều bởi PEG. Ở tỷ lệ 90% PEG, chất nền EG vẫn duy trì khung đỡ mao dẫn mà không xuất hiện sự tách pha tự do trên bề mặt.
  • Phân tích tương thích hóa học (FT-IR): Phổ FT-IR của EG xuất hiện hai đỉnh hấp thụ đặc trưng tại 3427 cm⁻¹ (nhóm -OH) và 1650 cm⁻¹ (nhóm -COOH). Phổ của PEG xuất hiện các đỉnh đặc trưng của nhóm -CH tại 2888, 1464, 1278, 960 và 844 cm⁻¹; đỉnh liên kết -C-O- tại 1112 cm⁻¹ và đỉnh nhóm -OH tại 3444 cm⁻¹. Phổ FT-IR của composite PEG/EG bao gồm đầy đủ các đỉnh đặc trưng của cả hai chất cấu thành mà không xuất hiện đỉnh dao động mới. Kết quả này chứng minh giữa PEG và EG chỉ tồn tại tương tác vật lý (liên kết hydro và lực mao dẫn/Van der Waals) mà không xảy ra phản ứng hóa học tạo liên kết cộng hóa trị mới.
  • Đặc tính tinh thể (XRD): Giản đồ XRD xác nhận các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của PEG vẫn được bảo toàn trong cấu trúc composite, chứng minh quá trình kết hợp với chất nền EG không làm biến đổi cấu trúc mạng tinh thể cơ bản của PEG.
  • Đặc tính nhiệt và độ bền nhiệt (DSC & TGA): Mẫu 90% PEG/EG đạt dung lượng lưu trữ nhiệt tiềm ẩn cao (enthalpy khoảng 150 J/g). Biểu đồ TGA cho thấy vật liệu có độ bền nhiệt cao, không bị phân hủy khối lượng trong dải nhiệt độ làm việc của liệu pháp nhiệt (<100 °C).
  • Khả năng chống rò rỉ và độ bền vòng lặp: Sau 30 phút gia nhiệt ở 80 °C (vượt xa nhiệt độ nóng chảy của PEG), mẫu nén 90% PEG/EG giữ nguyên hình dạng ban đầu, không để lại vết dầu/loang lỏng trên giấy lọc. Sau 500 chu kỳ làm nóng – làm lạnh liên tục, đường cong DSC của mẫu 90% PEG/EG cho thấy nhiệt độ chuyển pha và enthalpy biến thiên không đáng kể, khẳng định độ tin cậy nhiệt phục vụ tái sử dụng nhiều lần.
  • Hiệu năng chuyển đổi quang – điện – nhiệt:
    • Phổ hấp thụ Vis-NIR chỉ ra rằng trong khi PEG tinh khiết hầu như không hấp thụ ánh sáng, composite PEG/EG có khả năng hấp thụ quang học mạnh trên toàn bộ dải sóng nhờ chất nền EG. Hiệu suất chuyển đổi quang – nhiệt của vật liệu đạt tới 75% dưới nguồn sáng 1000 W/m².
    • Thử nghiệm điện – nhiệt chứng minh vật liệu có thể gia nhiệt nhanh chóng lên đến 70 °C khi áp một mức hiệu điện thế một chiều thấp.
  • Hiệu quả thực tế trong liệu pháp nhiệt: Khi tích hợp miếng nén 90% PEG/EG (15 g) vào miếng bịt mắt, hệ thống giải phóng nhiệt đẳng nhiệt ổn định trong khoảng 40–43 °C liên tục trong hơn 40 phút, đáp ứng tiêu chuẩn nhiệt trị liệu vùng mắt mà không cần cấp nguồn điện liên tục trong khi đeo.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng PEG/EG và chứng minh tính khả thi trong ứng dụng nhiệt trị liệu qua các thông số kỹ thuật định lượng cụ thể:

Thông số kỹ thuật / Đặc tính Giá trị thực nghiệm ghi nhận trong văn bản
Tỷ lệ nạp PCM tối đa không rò rỉ 90% wt PEG / 10% wt EG
Kích thước lỗ xốp chất nền EG 2 – 28 µm
Dung lượng lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (Mẫu 90% PEG/EG) ~150 J/g
Độ bền chu kỳ nhiệt Ổn định sau 500 chu kỳ nóng chảy / kết tinh
Hiệu suất chuyển đổi quang – nhiệt Đạt tới 75% (ở cường độ chiếu sáng 1000 W/m²)
Nhiệt độ gia nhiệt điện – nhiệt Đạt 70 °C ở mức điện áp thấp
Hiệu năng liệu pháp nhiệt thực tế (Miếng bịt mắt) Duy trì ổn định 40 – 43 °C trong hơn 40 phút liên tục

Giải pháp đề xuất: Ứng dụng mẫu composite 90% PEG/EG SSPCM làm lõi trữ nhiệt cho miếng bịt mắt nhiệt cá nhân. Thiết bị tận dụng nhiệt chuyển pha để duy trì dải nhiệt 40–43 °C trong hơn 40 phút, giúp thư giãn hệ cơ quanh mắt, tăng cường vi tuần hoàn máu và giảm căng thẳng thị giác mà vẫn đảm bảo tính an toàn chống rò rỉ.

Đóng góp so với các nghiên cứu trước:

  • Tối ưu hóa tỷ lệ nạp PEG lên mức cao (90% wt) nhờ tận dụng cấu trúc xốp mao dẫn của Expanded Graphite, đạt dung lượng nhiệt 150 J/g với chi phí nguyên liệu thấp và quy trình ngâm tẩm bay hơi dung môi đơn giản.
  • Khắc phục các nhược điểm của các nghiên cứu trước đây vốn sử dụng các chất nền đắt tiền hoặc quy trình phức tạp (như khung bọt phủ MXene hay bọt phủ Polypyrrole), đồng thời giải quyết triệt để vấn đề thời gian duy trì nhiệt ngắn (các nghiên cứu trước chỉ duy trì nhiệt trong 320 giây đến 6 phút).
  • Tích hợp khả năng nạp nhiệt đa phương thức (vừa có thể nạp nhiệt trực tiếp, vừa có thể chuyển đổi quang – nhiệt từ ánh sáng mặt trời hoặc điện – nhiệt từ nguồn điện áp thấp).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Nghiên cứu chỉ giới hạn khảo sát thực nghiệm trong dải tỷ lệ nồng độ từ 60% đến 90% wt PEG. Các tỷ lệ trên 90% PEG chưa được khảo sát do yêu cầu kiểm soát cấu trúc xốp khắt khe hơn để tránh nguy cơ rò rỉ và suy giảm độ dẫn nhiệt, dẫn điện.
    • Thử nghiệm lâm sàng mô phỏng chỉ mới thực hiện trên mô hình miếng bịt mắt với một nhóm tình nguyện viên trong điều kiện phòng thí nghiệm tiêu chuẩn, chưa khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nhiệt độ cực đoan bên ngoài.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả gợi mở:
    • Nghiên cứu kiểm soát và biến tính vi cấu trúc xốp của chất nền EG để có thể nâng cao hơn nữa tỷ lệ nạp PCM mà không gây rò rỉ.
    • Mở rộng thiết kế các thiết bị nhiệt trị liệu cho các vùng cơ thể khác như miếng dán khớp gối, đai quấn cổ và đai nhiệt thắt lưng.
    • Tích hợp mô-đun cấp nguồn điện áp thấp di động hoặc bộ thu nhiệt mặt trời nhỏ gọn để phát triển các sản phẩm quản lý nhiệt cá nhân đeo mang (wearable thermal management devices).

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng và định hướng nghiên cứu sau:

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học, giảng viên và nghiên cứu viên thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Vật liệu, Công nghệ Vật liệu Y sinh, Kỹ thuật Nhiệt và Năng lượng tái tạo.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Quy trình tổng hợp vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng (SSPCM) bằng phương pháp ngâm tẩm bay hơi dung môi đơn giản, dễ triển khai trong điều kiện phòng thí nghiệm.
    • Chuỗi phương pháp phân tích thực nghiệm toàn diện đánh giá vật liệu chuyển pha (SEM, FT-IR, XRD, DSC, TGA, UV-Vis, thử nghiệm độ rò rỉ và thử nghiệm độ tin cậy qua 500 chu kỳ nhiệt).
    • Phương pháp thiết kế mô hình thử nghiệm chuyển đổi quang – nhiệt, điện – nhiệt và quy trình chế tạo thử nghiệm sản phẩm nhiệt trị liệu ứng dụng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ chế nào giúp chất nền Expanded Graphite (EG) ngăn chặn hiện tượng rò rỉ của PEG 6000 khi nóng chảy ở tỷ lệ nạp lên tới 90% wt?
Sự ổn định hình dạng đạt được nhờ cấu trúc lỗ xốp dạng sâu của EG với kích thước 2–28 µm. Cấu trúc này tạo ra lực mao dẫn và sức căng bề mặt mạnh mẽ để giam giữ các phân tử PEG lỏng bên trong khoang xốp. Đồng thời, liên kết hydro hình thành giữa nhóm -OH của PEG và các nhóm chức phân cực (-OH, -COOH) trên bề mặt EG giúp phân tán và cố định pha lỏng, ngăn chặn hiện tượng rò rỉ ra ngoài khi gia nhiệt ở 80 °C.

2. Phổ FT-IR chứng minh điều gì về bản chất tương tác giữa PEG và EG trong vật liệu composite?
Phổ FT-IR của composite PEG/EG hiển thị đầy đủ các đỉnh đặc trưng của EG (3427 cm⁻¹, 1650 cm⁻¹) và PEG (2888, 1464, 1278, 1112, 960, 844 cm⁻¹) mà không xuất hiện bất kỳ đỉnh hấp thụ hay liên kết hóa học mới nào. Điều này chứng minh quá trình kết hợp giữa PEG và EG hoàn toàn là quá trình tương thích vật lý, không xảy ra phản ứng hóa học làm biến đổi cấu trúc phân tử của vật liệu chuyển pha.

3. Độ tin cậy nhiệt của mẫu vật liệu composite 90% PEG/EG sau 500 chu kỳ chuyển pha được đánh giá như thế nào?
Mẫu 90% PEG/EG được thử nghiệm qua 500 chu kỳ làm nóng liên tục ở 80 °C trong 1 phút và làm lạnh nhanh trong nước đá 1 phút. Kết quả phân tích DSC sau 500 chu kỳ cho thấy đường cong nhiệt độ chuyển pha và giá trị enthalpy nóng chảy/kết tinh của vật liệu hầu như không thay đổi, vật liệu không bị rò rỉ và duy trì tính ổn định nhiệt tốt cho các ứng dụng tái sử dụng lâu dài.

4. Hiệu suất chuyển đổi quang – nhiệt và điện – nhiệt của vật liệu composite PEG/EG đạt được ở mức nào?
Nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh trong vùng Vis-NIR của chất nền EG, composite PEG/EG đạt hiệu suất chuyển đổi quang – nhiệt lên tới 75% dưới nguồn sáng mô phỏng 1000 W/m². Bên cạnh đó, mạng lưới dẫn điện của EG giúp vật liệu có thể gia nhiệt nhanh chóng lên 70 °C khi được cấp một mức hiệu điện thế một chiều thấp.

5. Kết quả thử nghiệm ứng dụng của mẫu 90% PEG/EG trong miếng bịt mắt nhiệt đạt được các thông số nào?
Khi ép 15 g vật liệu 90% PEG/EG thành miếng trụ (đường kính 50 mm, dày 6 mm) và tích hợp vào miếng bịt mắt 2 lớp vải, hệ thống giải phóng nhiệt tiềm ẩn và duy trì nhiệt độ tiếp xúc ổn định trong khoảng 40–43 °C trong thời gian hơn 40 phút liên tục trên tình nguyện viên, đáp ứng các tiêu chuẩn nhiệt độ và thời gian của liệu pháp nhiệt tầm trung.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lương Thị Thảo đã chế tạo thành công vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng PEG 6000 trên chất nền Expanded Graphite bằng phương pháp ngâm tẩm bay hơi dung môi. Hệ composite tối ưu 90% PEG/EG đạt dung lượng tích trữ nhiệt tiềm ẩn khoảng 150 J/g, không bị rò rỉ ở trạng thái nóng chảy, có độ bền nhiệt cao qua 500 chu kỳ chuyển pha và thể hiện khả năng chuyển đổi quang – nhiệt (hiệu suất 75%) cũng như điện – nhiệt hiệu quả. Thử nghiệm thực tế trên mô hình miếng bịt mắt nhiệt chứng minh khả năng duy trì nhiệt độ 40–43 °C liên tục trong hơn 40 phút, khẳng định tiềm năng ứng dụng thiết thực của vật liệu trong các thiết bị nhiệt trị liệu cá nhân và quản lý năng lượng nhiệt.