人们越来越关注能源生产与利用之间的不匹配问题，尤其是可再生能源领域。储能技术被认为是解决这一问题的有效途径[[1], [2], [3]]。在各种储能技术中，热能储存是一种有前景的解决方案。长期热能储存有望用于季节性太阳能的收集[[4], [5], [6]]。它可以在夏季储存热能，并在冬季释放用于空间加热或热水供应。常见的热能储存方式包括显热储存[7]、潜热储存[8]和热化学储存[9]。每种技术都有其优势和不足，具体取决于应用场景。
长期热能储存面临的最大挑战之一是由于热源与周围环境之间的温差导致的热量损失。根据热力学第二定律，热能会自发地从高温向低温传递。尽管高温热能的质量更高，但也会产生更多的热量损失。在显热储存中，随着温度持续下降，这一问题更为严重[10]。而在潜热储存中，当相变材料（PCM）的温度降至结晶点以下时，潜热会被释放[11]。幸运的是，提出了利用过冷PCM的柔性热能储存方法，可以在需要时释放潜热[12]。
值得注意的是，某些PCM表现出过冷行为，即不会立即结晶，即使在温度明显低于其结晶点的情况下仍保持液态，这种状态被称为过冷液态[11]。具有稳定过冷特性的PCM使得热能可以长期储存，最长可达数月。实际上，过冷效应是一种常见现象，许多材料（如纯水[13]和金属[14]）都能进入过冷液态，但这些材料的过冷效应较弱。根据现有研究，具有稳定过冷效应的PCM包括盐类水合物[15]和多元醇[16]。这些材料已被证明适用于长期热能储存。与盐类水合物相比，多元醇具有无相分离、不对金属容器造成腐蚀、环保且无毒等优点[16]。由于其独特的分子结构（包含分子间和分子内氢键），多元醇能够保持稳定的过冷状态。典型多元醇的熔点通常在93.3°C至224.5°C之间[17]。一些多元醇化合物及其共晶混合物的熔点低于100°C，这不仅满足了太阳能集热器的潜热收集需求，也符合夏季收集和冬季利用的热能需求（如住宅供暖）。
然而，由于强烈的过冷效应，潜热在能量利用阶段无法被回收，因为PCM无法自发结晶。因此，需要采取结晶触发方法。根据现有文献，常见的结晶触发技术包括添加种子或成核剂、机械搅拌、剪切、机械冲击、超声处理、电流引入和冲击振动[18,19]。每种技术都有其优势和局限性，具体取决于应用场景。
值得注意的是，最近出现了一种新的方法——气泡诱导结晶，引起了人们的关注[20]。当气体注入过冷PCM时，会在液体剪切力作用下形成气泡。现有研究表明，气泡-液体界面可作为成核位点，促进结晶和晶体形成。与上述结晶触发方法相比，气泡诱导结晶具有结构简单、侵入性低和成本效益高的优点。多项针对过冷水的研究表明，气泡的存在可以影响冻结行为，显著缩短平均成核时间[[21], [22], [23]]。
多项实验[25], [26], [27]证实了气泡技术的可行性，证明其在特定条件下能够激活并诱导木糖醇和赤藓糖醇等强过冷相变材料的结晶。早期研究主要分析了气泡诱导结晶的可行性，涉及气体流速、气泡大小和气泡分布等操作条件。使用纯木糖醇（未添加任何添加剂）验证了这一概念，发现原始气泡的破裂和小气泡的传输对整个高度过冷木糖醇的结晶具有触发作用[25]。Yang等人[25]在赤藓糖醇（一种过冷稳定性较差的四氢醇）的气泡注入实验中发现，气泡能有效降低其过冷度。即使在初始过冷度为8°C的情况下，赤藓糖醇也在112.8°C结晶（相当于将过冷度降低约5°C）。我们之前的研究[27]在40°C至60°C的过冷范围内进行了N2气泡实验，成功引发了结晶；但在更低或更高的过冷范围内无法可靠地引发结晶。遗憾的是，在某些情况下无法有效触发结晶，这可能是由于气泡引起的搅拌无法克服成核和结晶的能量障碍。这种现象可能是由于缺乏杂质、体积效应或过冷度较低等原因造成的。
然而，目前关于气泡诱导结晶的研究主要集中在宏观观察或结晶概率统计上。由于观察上的挑战，对过冷液-气泡界面的详细观察尚未得到系统研究。Tian等人[28]使用悬滴法通过显微镜观察蛋白质结晶过程中的气泡界面，将结晶过程分为三个阶段：蛋白质在气-液界面的吸附、气-液-固三相界面的成核以及气-固界面的晶体生长。在大多数情况下，气泡界面的引入会缩短蛋白质的成核诱导时间。但需要注意的是，在此实验中，气泡仅作为提高结晶效率的界面，而不是在无法结晶的材料中诱导结晶。
尽管气泡已被证明是一种有效的结晶触发方法，但仍存在一些缺陷。我们之前的研究[27]在54°C下对四个平行样品进行了氮气气泡处理，其中三个样品分别在27分钟、59分钟和81分钟开始结晶，而另一个样品则未结晶。考虑到显著的变化和较长的触发时间，与结合搅拌的种子诱导方法相比，气泡诱导方法更为稳定[[29], [30], [31]]。根据二次成核理论，结晶过程仅通过附着在大于临界尺寸的核上并仅在液-固界面进行。种子的比表面积似乎很重要。如果引入种子，其粒度将直接影响比表面积，进而影响结晶速率和热释放。
考虑到多元醇的强过冷特性，目前触发少量木糖醇结晶的更有效方法是种子诱导，基于二次成核理论作为稳定的成核位点。在之前的研究中，Hou[31]利用气泡和种子在50-70°C的温度范围内引发了赤藓糖醇/木糖醇二元共晶材料的结晶。然而，关于更宽温度范围内的结晶行为的研究仍然不足。因此，本实验充分考虑了过冷程度、种子粒径和种子质量分数，以系统分析种子诱导的过冷PCM结晶过程。
Delgado[30]和Hou[31]在种子引入实验中分别选择了直径范围为315-400微米和小于54微米的颗粒。目前缺乏在相同触发条件下不同颗粒大小的影响研究。同时，种子质量分数的影响尚未得到明确研究。因此，需要系统分析种子质量分数对过冷液体热释放特性的影响。此外，种子应在较宽的过冷范围内应用，以便全面评估该技术。
根据上述文献综述，本研究探讨了触发过冷糖醇结晶的技术。首先，在不同质量尺度下对过冷糖醇进行了气泡注入触发实验，并观察了宽温度范围内的结晶过程。然后重点研究了种子大小和质量分数对成核过程的影响，记录了瞬态温度曲线以分析结晶过程。结果有助于验证气泡诱导结晶在柔性热能储存应用中的可行性。
