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  近日，北京化工大學材料科學與工程學院汪曉東教授/劉歡副教授團隊在《Nano-Micro Letters》（IF= 31.6）期刊在線發表題為《Multi-Energy Conversion and Electromagnetic Shielding Enabled by Carbonized Polyimide/Kevlar/Graphene Oxide@ZIF-67 Bidirectional Complex Aerogel-Encapsulated Phase Change Materials》的研究論文。

  傳統能源材料在能量轉換與存儲領域長期面臨功能單一、轉換效率低下的技術瓶頸，難以滿足現代社會對高效、可持續能源系統的迫切需求。相變材料因其獨特的相變潛熱特性與多物理場耦合能力，為解決上述問題提供了新思路。其在相變過程中可高效吸收、釋放大量能量，同時維持溫度穩定，從而顯著提升能源系統的能量密度與轉換效率。通過復合設計與結構調控，相變材料能實現多功能協同轉換，為工業余熱回收、智能電子設備熱管理、綠色建筑、人體熱療等領域帶來革命性變革。因此深入研究相變材料多重能量轉換方式、機理與應用，不僅對推動能源材料的高效化與多功能化具有重要科學價值，更為實現“雙碳”目標下的能源結構轉型提供了關鍵技術支撐。

  該研究團隊創新性的采用碳化聚酰亞胺/凱夫拉纖維/氧化石墨烯@ZIF-67復合氣凝膠（C/RGO@CoNC氣凝膠）作為支撐骨架，結合石蠟相變材料，構建出具有太陽能-熱能、熱電、電熱、磁熱轉換和電磁屏蔽功能“五合一”功能的相變復合材料。所開發的相變復合材料的太陽能-熱轉換效率達到95.1%，電導率達到232.8 S m^-1，潛熱容量高達209.2 J g^-1，飽和磁化率達到18.61 emu g^-1。該相變復合材料不僅具有優異的太陽能-熱能、熱電、電熱和磁熱能量轉換性能，而且在X波段的電磁干擾屏蔽效果高達66.2 dB；同時該工作也詳細分析了實現多重能量轉換能力的和電磁屏蔽的機制。這種“碳質氣凝膠+相變材料”設計的巧妙獨特之處在于它實現了多種能量轉換路徑的優化和電磁屏蔽性能的協同提升。該團隊所開發的多功能相變復合材料為清潔能源儲存和高效能源利用提供了新的解決方案，多能性的設計不僅推動了先進功能材料的研究，還為相關領域的技術創新和可持續發展提供了重要借鑒。

圖1 多重能量轉換、存儲與電磁屏蔽功能概念圖

圖2（a）C/RGO@CoNC碳質復合氣凝膠基相變復合材料的多能量轉換和電磁屏蔽功能示意圖。（b）PI/KNF/GO@ZIF-67和C/RGO@CoNC氣凝膠的制備策略和機理。

圖3 (a) PI/KNF/GO-20氣凝膠、(b) PI/KNF/GO-20@ZIF-67氣凝膠、(c) C/RGO-20@CoNC氣凝膠不同方向SEM圖。（d,e） C/RGO-20@CoNC氣凝膠的高分辨率TEM圖，(f) SAED圖，(g) 元素映射圖。(h-i) C/RGO-20@CoNC氣凝膠XPS光譜和拉曼光譜。

圖4碳化的氣凝膠相變復合材料的（a）太陽光-熱轉換機理圖、（b）熱電轉換示意圖、（c）電熱轉換機理圖、（d）磁熱轉換機理圖和（e）復合材料用于兩部手機之間藍牙連接的電磁干擾屏蔽實驗數字圖像和電磁屏蔽機制圖。

  北京化工大學材料科學與工程學院的博士生史濤為論文的第一作者，汪曉東教授和劉歡副教授為論文的通訊作者，該研究得到了北京市自然科學基金的支持。

  在過于的2024年中，汪曉東教授團隊在相變材料多功能化設計制備及多目標應用研究領域中取得了一系列顯著成果，其中所獲基于三明治結構的氟化聚酰亞胺氣凝膠/石蠟相變復合材料在高溫梯度熱防護和透波中的應用成果發表在Advanced Science上（2024, 12, 2411758; https://doi.org/10.1002/advs.202411758）；基于聚酰亞胺氣凝膠三明治結構相變復合材料在高溫長時間紅外熱隱身及熱調控中的應用成果發表在Advanced Functional Materials上（2024, 34, 2309269; https://doi.org/10.1002/adfm.202309269）；基于相變材料3D打印太陽能蒸發器在海水淡化中的應用成果發表在Advanced Functional Materials上（2024, 34, 2316504; https://doi.org/10.1002/adfm.202316504）；基于冠醚修飾相變材料微膠囊在太陽能驅動鹽湖水淡化和銫離子同步收集的應用成果發表在Advanced Functional Materials上（2024, 34, 2408269; https://doi.org/10.1002/adfm.202408269）；基于聚乙二醇-聚膦腈固-固相變材料MXene膜整合體的多功能化應用成果發表在Small上（2024, 2407626；https://doi.org/10.1002/smll.202407626）；上述研究成果相變材料在多領域推廣應用開發提供了科學依據和開發思路。

  論文信息：Tao Shi, Xing Gao, Huan Liu* and Xiaodong Wang*. Multi-Energy Conversion and Electromagnetic Shielding Enabled by Carbonized Polyimide/Kevlar/Graphene Oxide@ZIF-67 Bidirectional Complex Aerogel-Encapsulated Phase Change Materials. Nano-Micro Letters, 2025, 17: 235 (DOI: 10.1007/s40820-025-01761-w).

  原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01761-w