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  相變材料（PCMs）因其可逆相變和高儲熱容量，在儲能、電子器件熱管理和生物醫藥等領域具有廣泛應用前景。然而，水合鹽類相變凝膠在高力學強度和高儲熱性能之間往往存在“魚與熊掌不可兼得”的難題：鹽離子會破壞聚合物網絡的交聯結構，導致力學性能下降。

  近日，華南理工大學化學與化工學院凌子夜研究員團隊受到傳統黃瓜腌制工藝的啟發，提出了一種新穎的離子滲透策略，成功制備出同時擁有創紀錄力學強度（楊氏模量高達2.12 GPa）和高熔融焓（210 kJ·kg?1）的刺激響應相變凝膠（PCGs）。該成果以“Enhanced stimuli-responsive phase change gels through pickling-enabled ion permeation”為題，發表在《Materials Horizons》上（Mater. Horiz. 2025, 12, 6133–6142），并被選為封面論文（圖 1）。華南理工大學碩士生余佩敏和香港城市大學博士王雄為共同第一作者，華南理工大學凌子夜研究員、方曉明研究員和香港城市大學Steven Wang研究員為共同通訊作者。

圖1 論文封面

生物仿生靈感：從“爽脆腌黃瓜”到高強度水合鹽相變凝膠

  受到黃瓜腌制了以后口感增韌的現象啟發，該團隊對水凝膠用水合鹽相變材料進行“腌制”，使其高分子結構致密化增強，最終形成兼具高力學強度與高儲熱能力的水合鹽相變凝膠體系（圖 2）。

圖2 腌制黃瓜啟發的離子滲透法制備高強度高焓值水合鹽相變凝膠

突破性能瓶頸：剛柔可控 & 高效儲熱

  如圖 3所示，材料可在軟態（過冷）與硬態（結晶）間實現快速可逆切換，剛柔轉化比高達380倍，同時釋放出大量熱量。

  力學性能：楊氏模量高達2.12 GPa，拉伸強度達8.79 MPa，遠超現有水合鹽類相變凝膠。

  熱性能：熔融焓達210 kJ·kg?1，過冷度高達70 ℃，可在?10 ℃下穩定維持過冷狀態，并在觸發后瞬時升溫 40 ℃以上。

圖3 相變凝膠的可控放熱和柔剛性轉換

多場景應用潛力

主動除冰：在?10 ℃ 環境下，僅需機械觸發，即可在 10 秒內釋放潛熱，快速融化冰層并使冰滴自動脫落（圖 4）。

可穿戴熱管理：觸發結晶后，可為皮膚供暖超過20分鐘，且熱釋放后硬化，可作為關節支撐材料（圖 5）。

圖4 相變凝膠除冰應用

圖5 相變凝膠人體熱管理應用

意義與展望

  這一研究不僅打破了水合鹽相變凝膠在力學性能與儲熱性能之間的傳統制約，還提供了一種簡便、低成本、可規模化的制備途徑，為能源存儲、智能除冰、可穿戴設備和軟體機器人等領域開辟了新思路。

  原文信息

  P. Yu, X. Wang, Z. Ling, Z. Zhang, S. Wang and X. Fang, Mater. Horiz., 2025, 12, 6133–6142.

  DOI: 10.1039/d5mh00597c

  https://doi.org/10.1039/d5mh00597c