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  能源的高效儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換是伴隨人類活動(dòng)永恒的話題。在過去40年里，世界能源消費(fèi)量增長(zhǎng)約80%，據(jù)能源分析預(yù)測(cè)，到2040年，能源利用率將增長(zhǎng)48%，因而可再生能源的開發(fā)使用以及提高能源利用效率突顯了其緊迫性。在此背景下，相變材料（PCM）因其在熱能儲(chǔ)存（TES）、溫度調(diào)節(jié)、柔性電子器件和光熱轉(zhuǎn)換方面的廣闊應(yīng)用前景而引起了廣泛關(guān)注。它們可通過相變實(shí)現(xiàn)太陽能和工業(yè)廢熱等清潔能源的捕獲、收集和利用。然而，當(dāng)前的PCM仍然面臨著制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能局限性的制約。現(xiàn)有的復(fù)合PCM嚴(yán)重依賴高填料含量，這難免會(huì)降低機(jī)械性能，導(dǎo)致材料更硬、更脆。此外，引入光熱或電加熱或傳感功能到復(fù)合PCM材料中，在單個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)廣泛的可定制功能也具有很大的挑戰(zhàn)性。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和多樣化應(yīng)用，釋放PCM的全部潛能吸引了大量的研究工作。簡(jiǎn)言之，開發(fā)具有可定制功能和耐用的PCM極具應(yīng)用價(jià)值。

  在前期研究工作中，廣西大學(xué)徐傳輝教授課題組通過調(diào)節(jié)功能層的填料，設(shè)計(jì)了具有電/光熱升溫功能的柔性可穿戴相變復(fù)合材料用于個(gè)人熱管理與人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)（Chem. Eng. J. 2024, 486, 150443, 第一作者廣西大學(xué)碩士生羅天文）。此外，通過自組裝策略，利用阿拉伯膠（GA）同時(shí)實(shí)現(xiàn)了相變材料聚乙二醇（PEG）的封裝和羧基化多壁碳納米管（cMWCNT）在柔性聚乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）基質(zhì)中的靶向分布（Adv. Mater. 2024, 36, 2411820，第一作者廣西大學(xué)博士生羅天文）。近期，他們?cè)谇捌诠ぷ鞯幕A(chǔ)上，受人體皮膚層間互鎖結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過調(diào)節(jié)柔性WPU（水性聚氨酯）基襯底的粗糙度和相分離，制備了具有可定制光熱/電熱/磁響應(yīng)/熱管理功能的柔性相變復(fù)合材料。

1.D-x膜的制備

  首先使用成膜法作為基底制備了基于WPU、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和cMCNT的具有相分離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電薄膜。相變層是一種柔性復(fù)合材料，以EVA為基體，PEG為相變材料，PVP為增強(qiáng)劑。通過在固體基底上澆注PCM復(fù)合乳液以實(shí)現(xiàn)界面互鎖，制備了雙層相變薄膜D-x膜。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過水處理后，基材的表面變得更粗糙，增加到~2.71μm（初始值的303.8%）。因此，粗糙的表面有利于復(fù)合膜的層間的機(jī)械互鎖。

圖1 D-x膜的制備

2.D-x膜的熱性能

  通過添加導(dǎo)電填料，在WP-c襯底中構(gòu)建了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，可以快速傳輸聲子。將EP50P6和D-0.2放置在熱源上，觀察紅外相機(jī)下的表面溫度變化。研究發(fā)現(xiàn)，由于導(dǎo)電層的高導(dǎo)熱性，D-0.2可以快速消散界面熱量，表現(xiàn)出較低的加熱速率。薄膜的最高表面溫度相差4.2℃。

圖2 D-x膜的熱性能

3.D-x膜的光熱性能

  研究表明，D-x薄膜實(shí)現(xiàn)了高光熱轉(zhuǎn)換效率（～78.15%），在多功能柔性器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。值得注意的是，D-0.2與太陽能熱電發(fā)電機(jī)（STEG）的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定持久的能量輸出（高達(dá)1.2V）。在光源停止照射期間，該設(shè)備仍然具有長(zhǎng)達(dá)37秒的連續(xù)電壓輸出的能力（維持在～56 mV）。

圖3 D-x膜的光熱轉(zhuǎn)換性能及熱電應(yīng)用

4.D-x膜的拓展應(yīng)用

  納米填料作為雙層PCM膜“表皮”上的功能性“細(xì)胞”，通過“生長(zhǎng)”不同的皮膚表皮來實(shí)現(xiàn)可定制的功能。結(jié)果證實(shí)，該方法具有廣泛的適用性，賦予柔性PCM磁性和防曬功能。

圖4 D-x膜的功能拓展應(yīng)用

  該研究以“Inspired by the “Interlocking” Structure in Human Skin: A Universal and Efficient Interfacial Strategy Enabling Flexible Phase Change Materials with a Wide Scope of Customizable Functionalities”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》，通訊作者為廣西大學(xué)徐傳輝教授，第一作者為廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2024級(jí)博士研究生羅天文。該研究工作得到了廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、廣西重大人才項(xiàng)目和廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目的支持。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512674