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  隨著全球人口激增和生態(tài)環(huán)境惡化，逐漸枯竭的化石燃料已無法滿足人類的需求，太陽能由于長期性、易獲取性和環(huán)保性等特性引起了人們廣泛的關(guān)注。但是太陽能固有的間歇性限制了其在能源結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用。能源轉(zhuǎn)換和儲存是應(yīng)對太陽能間歇性問題的較好方式之一，其中以相變材料（PCM）為核心的能源轉(zhuǎn)換和儲存系統(tǒng)由于其低成本、制備簡單等優(yōu)勢被廣泛研究。有機相變材料因其具有低過冷、化學(xué)穩(wěn)定性高、相變過程安全等優(yōu)點成為應(yīng)用最廣泛的相變材料。然而，PCM通常面臨泄露問題，通過聚合物殼層微膠囊化相變材料可以有效地阻止其泄露。乳液模板法是一種制備相變微膠囊的有效手段。皮克林（Pickering）乳液是一類基于固體粒子穩(wěn)定的乳液，相比于傳統(tǒng)的表面活性劑穩(wěn)定的乳液，Pickering乳液具有高穩(wěn)定性和低毒性等優(yōu)勢。纖維素納米晶（CNC）是一維棒狀納米纖維素，因其生物可降解、良好的生物相容性和對油水界面的部分潤濕性，是一種極佳的Pickering乳化劑。然而，將有機PCM封裝于聚合物殼層中只解決了PCM的泄露問題，有機相變材料的固有低導(dǎo)熱率和光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)并未得到改善。聚吡咯（PPy）由于其高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力是一種理想的微膠囊改性材料。通過將PPy原位聚合在聚合物殼層表面，有望提升相變材料微膠囊的導(dǎo)熱和光熱轉(zhuǎn)化性能。

  該成果以“High thermal conductive and photothermal phase change material microcapsules via cellulose nanocrystal stabilized Pickering emulsion for solar harvesting and thermal energy storage”發(fā)表在《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)，JCR一區(qū)，IF 7.7）上，該論文的第一單位為華南師范大學(xué)華南先進光電子研究院，論文的第一作者為華南師范大學(xué)2024屆碩士畢業(yè)生魏強，通訊作者為華南師范大學(xué)周國富團隊張振副研究員。本項目得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省自然科學(xué)基金面上項目和青年提升項目、國家自然基金和閃思科技等項目的大力支持。

1. CNC穩(wěn)定的C₂₂ Pickering乳液的制備及表征

圖3. (A) 使用5 mg/mL CNC和不同NaCl濃度（0.1, 0.5, 1, 3, 5, 10 mg/mL）穩(wěn)定的Pickering乳液的光學(xué)顯微鏡圖像；(B) 對應(yīng)的乳液粒徑分布圖；(C) 乳液滴直徑的平均值與NaCl濃度的關(guān)系；(D) C₂₂ Pickering乳液的乳液分?jǐn)?shù)與NaCl濃度的關(guān)系，以及乳液靜置20小時后的照片。

2. C₂₂微膠囊形貌及結(jié)構(gòu)表征

圖4.（A）C₂₂-CMF、（B）C₂₂-CMFP-1 和（C）C₂₂-CMFP-4 微膠囊在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像；（D）破裂的C₂₂-CMF微膠囊和（E）破裂的C₂₂-CMFP-4微膠囊的SEM圖像；（F）PPy、MF、塊狀C₂₂和C₂₂微膠囊的FT-IR光譜。

3. C₂₂微膠囊的相變性能和熱穩(wěn)定性

圖5. （A）C₂₂和C₂₂微膠囊的熔化過程和（B）凝固過程的DSC曲線；（C）C₂₂和C₂₂微膠囊的熔化溫度（T_m）和凝固溫度（T_s）；（D）C₂₂-CMF微膠囊和（E）C₂₂-CMFP-4微膠囊的第1次（實線）和第100次（虛線）加熱/冷卻循環(huán)的DSC曲線；（F）C₂₂、MF和C₂₂微膠囊的TGA曲線。

4. C₂₂微膠囊的防泄漏性

圖6. 在100 °C下，C₂₂、C₂₂-CMF和C₂₂-CMFP-4微膠囊粉末在濾紙上的高溫泄漏測試。

5. C₂₂微膠囊的熱導(dǎo)率、光熱性能和阻燃性

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138162

  Qiang Wei, Wang Sun, Zhe Zhang, Guofu Zhou, Zhen Zhang*. High thermal conductive and photothermal phase change material microcapsules via cellulose nanocrystal stabilized Pickering emulsion for solar harvesting and thermal energy storage. International Journal of Biological Macromolecules 2025, 284, 138162.