在能源的開發(fā)﹑轉(zhuǎn)換﹑運(yùn)輸和利用過程中,在供應(yīng)和需求之間往往存在著數(shù)量上﹑形態(tài)上和時(shí)間上的差異。利用相變材料高效地收集熱能在熱管理和儲能應(yīng)用方面具有巨大的潛力,通過吸收周圍環(huán)境和太陽光熱和工業(yè)廢熱,并用于合適的場景,以及電子器件和動力電池在溫度過高或過低時(shí)出現(xiàn)熱失控和性能受限,在其周圍形成溫度改變緩慢的微氣候,從而實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)溫度的功能。然而固液相變過程容易泄漏和較低的導(dǎo)熱系數(shù)是限制固-液相變材料大規(guī)模廣泛使用的兩個長期存在的瓶頸。
近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)赫曉東教授、矯維成教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過乳液聚合和化學(xué)還原將相變材料封裝在石墨烯中來合成微球結(jié)構(gòu)復(fù)合相變材料的策略。相關(guān)研究成果以“Microsphere Structure Composite Phase Change Material with Anti-Leakage, Self-Sensing, and Photothermal Conversion Properties for Thermal Energy Harvesting and Multi-Functional Sensor”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上(DOI:10.1002/adfm.202209345)。
石墨烯片層相互連接組成了微球外殼,進(jìn)一步構(gòu)建了高效的導(dǎo)熱和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),由此產(chǎn)生的微球相變復(fù)合材料表現(xiàn)出冷熱循環(huán)后不泄露和優(yōu)越的相變行為,同時(shí)還可以感知溫度變化和水滴下落等外界環(huán)境,可以輕松地將其設(shè)計(jì)成溫度監(jiān)測裝置。此外還可以將電能轉(zhuǎn)化為熱能實(shí)現(xiàn)相變材料溫度的快速升高,在微球結(jié)構(gòu)中引入聚多巴胺,提高了相變材料的光熱轉(zhuǎn)換效率,同時(shí)還可以感知外界光源的照射,為熱能來源單一的問題提供了一種有效的途徑。這種方法為相變材料在熱能儲存和熱管理等領(lǐng)域的光熱集成概念和智能化感知提供了新思路。
圖1 石墨烯封裝石蠟的微球結(jié)構(gòu)相變復(fù)合材料
圖2 相變微球的自感應(yīng)能力和多功能應(yīng)用
論文的通訊作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所矯維成教授,第一作者為航天學(xué)院復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所博士研究生郭紅緣。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題和深圳市科技計(jì)劃的支持。
近年來,該課題組在碳納米復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可控制備及功能性研究方面還取得了多項(xiàng)研究成果。前期已成功設(shè)計(jì)并制備了超浸潤性可逆轉(zhuǎn)化的微納分級材料(J. Mater. Chem. A. 2017, 5, 17325;Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1706686)及新型防/除冰復(fù)合材料(J. Mater. Chem. A. 2021, 9, 9634;Chem. Eng. J. 2021, 421, 129873; Chem. Eng. J. 2022, 434, 134710)。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202209345
- 浙理工邵建中、黃益/蒙納士大學(xué)San H. Thang《Small》:RAFT乳液聚合制備嵌段共聚物膠體微球構(gòu)建液態(tài)光子晶體 2025-02-25
- 瞿金平院士華科大團(tuán)隊(duì)牛冉研究員《J. Hazard. Mater.》:基于金屬有機(jī)框架的水凝膠微納馬達(dá)用于鈾檢測和去除 2024-02-14
- 西安交大金尚彬教授課題組 JACS:形態(tài)可控的共價(jià)有機(jī)骨架的快速合成 - 基于相轉(zhuǎn)移催化機(jī)理的乳液聚合途徑 2023-10-07
- 北京化工大學(xué)汪曉東教授團(tuán)隊(duì) Nano-Micro Lett.: 碳化聚酰亞胺/凱夫拉纖維/氧化石墨烯@ZIF-67雙向復(fù)合氣凝膠封裝相變材料實(shí)現(xiàn)多重能量轉(zhuǎn)換與電磁屏蔽 2025-04-28
- 華南師大張振 JMCA:MXene和纖維素納米晶共穩(wěn)定皮克林乳液的構(gòu)筑及其在光熱相變材料微膠囊的應(yīng)用 2025-03-19
- 中科院寧波材料所劉小青研究員團(tuán)隊(duì) Prog. Mater. Sci.:基于可持續(xù)高分子的相變材料 2025-02-08
- 天津大學(xué)楊靜教授與寧波材料所《Nano Lett.》:闡明電荷對納米石墨烯抗凍效果的影響機(jī)制,并研發(fā)新型防冰涂料 2025-01-14