【引言】

相變材料(PCMs-Phase Change Materials)是北科指溫度不變的情況下而改變物質(zhì)狀態(tài)并能提供潛熱的材料。轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的大王隊(duì)E定型過程稱為相變過程，這時(shí)相變材料將吸收或釋放大量的戈團(tuán)功潛熱。相變材料一旦在人類生活被廣泛應(yīng)用，新型多相變將成為節(jié)能環(huán)保的復(fù)合最佳綠色環(huán)保載體，在我國已經(jīng)列為國家級研發(fā)利用序列。材料材料但是北科，純PCMs的大王隊(duì)E定型泄漏和低熱導(dǎo)率問題極大地限制了相變材料的吸放熱效率。目前，戈團(tuán)功許多報(bào)道通過制備定型復(fù)合相變材料解決泄露問題；通過填充高導(dǎo)熱的新型多相變添加物提升熱導(dǎo)率，比如：金屬、復(fù)合石墨烯、材料材料碳納米管、北科碳纖維等等，大王隊(duì)E定型從而有效地整合了高效的戈團(tuán)功蓄熱/傳熱性能。盡管相變材料在蓄熱/傳熱方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是單一的熱性能仍然無法滿足相變材料日益增長的多功能需求。因此，在保證優(yōu)異的熱性能前提下，如何有效地開發(fā)前沿性的新型多功能相變復(fù)合材料以滿足特定的場合需求成為該領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。

【成果簡介】

近期，北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王戈團(tuán)隊(duì)開發(fā)出兩種新型多功能相變復(fù)合材料。其一，利用簡便的模板合成策略開發(fā)出一種新型的碳納米管束組裝成的柔性多級孔海綿基定型復(fù)合相變材料，實(shí)現(xiàn)了對過敏性鼻炎的高效熱療。其中，海綿載體的多級孔保證了相變材料的高效固載，復(fù)合相變材料的高值熱焓和低熱導(dǎo)率保證了長時(shí)間的熱療效果，此外設(shè)計(jì)的外層純碳納米管海綿還可以通過凈化攝入鼻腔的空氣質(zhì)量進(jìn)一步優(yōu)化熱療效果。相關(guān)研究成果以“Carbon Nanotube Bundles Assembled Flexible Hierarchical Framework Based Phase Change Material Composites for Thermal Energy Harvesting and Thermotherapy”為題發(fā)表在Energy Storage Materials?(CiteScore：15.09)，文章第一作者為陳曉。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一：碳納米管束組裝碳海綿示意圖及SEM/TEM圖

(a) 碳納米管海綿載體制備示意圖

(b-d) 碳納米管海綿載體的SEM圖

(e-g) 碳納米管海綿載體的TEM圖

圖二：碳納米管海綿基復(fù)合相變材料的熱性能及循環(huán)穩(wěn)定性

(a-c) 碳納米管海綿基復(fù)合相變材料的潛熱

(d-e) 碳納米管海綿基復(fù)合相變材料的活化能

(f) 碳納米管海綿基復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率

(g-h) 碳納米管海綿基復(fù)合相變材料的熱循環(huán)性能

圖三：碳納米管海綿基復(fù)合相變材料的熱療性能

(a) 相變材料基熱療口罩的結(jié)構(gòu)示意圖

(b) 相變材料基熱療口罩的熱療示意圖

(c) 相變材料基熱療口罩的熱療曲線圖

(d-e)相變材料基熱療口罩的空氣凈化性能

(f) 相變材料基熱療口罩的熱療紅外成像圖

其二，利用溶劑熱法開發(fā)出一種新型的Metal organic frameworks (MOFs)基定型復(fù)合相變材料，實(shí)現(xiàn)蓄/傳熱功能的同時(shí)還具有光致發(fā)光功能，其中Carbon quantum dot (CQD)作為光致發(fā)光活性客體，硬脂酸作為熱能存儲客體，Cr-MIL-101-NH₂作為兼容性良好的多孔載體主體。MOF和CQD雙重優(yōu)勢的協(xié)同整合既保證了復(fù)合相變材料的優(yōu)異熱特性(高能量存儲密度，熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的定型能力)，又進(jìn)一步激發(fā)出具有優(yōu)異顏色穩(wěn)定性的高強(qiáng)度紅綠藍(lán)熒光。這種不同功能客體分子的協(xié)同整合策略為開發(fā)先進(jìn)的多功能復(fù)合相變材料提供了一個(gè)創(chuàng)新思路。相關(guān)研究成果以“Smart Integration of Carbon Quantum Dots in Metal-Organic Frameworks for Fluorescence-functionalized Phase Change Materials”為題發(fā)表在Energy Storage Materials?(CiteScore：15.09)，文章第一作者為陳曉。

【圖文導(dǎo)讀】

圖四：多功能復(fù)合相變材料制備示意圖及CQDs表征

(a) 多功能復(fù)合相變材料制備示意圖

(b) CQDs的熒光圖像

(c-d) CQDs的TEM及粒徑分布圖

(e) CQDs的UV-Vis和PL圖譜

圖五：多功能復(fù)合相變材料的熱性能和光致發(fā)光性能

(a-b) 多功能復(fù)合相變材料的DSC

(c) 多功能復(fù)合相變材料的相變焓

(d-e) 多功能復(fù)合相變材料的循環(huán)穩(wěn)定性測試

(f) 多功能復(fù)合相變材料的熒光壽命

(g-i) 多功能復(fù)合相變材料的PL光譜

【小結(jié)】

本團(tuán)隊(duì)一直致力于研發(fā)前沿性的新型多功能相變復(fù)合材料以滿足特定的場合需求。近期，利用簡便的模板合成策略開發(fā)出一種新型的碳納米管束組裝成的柔性多級孔海綿基定型復(fù)合相變材料，實(shí)現(xiàn)了對過敏性鼻炎的高效熱療。利用溶劑熱法開發(fā)出一種新型的MOFs基定型復(fù)合相變材料，實(shí)現(xiàn)蓄/傳熱功能的同時(shí)還具有光致發(fā)光功能。這種多功能協(xié)同整合策略為開發(fā)先進(jìn)的多功能定型復(fù)合相變材料提供了一個(gè)創(chuàng)新途徑。

文獻(xiàn)鏈接：?

1. Xiao Chen, Hongyi Gao, Guangtong Hai, Dandan Jia, Liwen Xing, Siyuan Chen, Piao Cheng, Mengyi Han, Wenjun Dong, Ge Wang, Carbon Nanotube Bundles Assembled Flexible Hierarchical Framework Based Phase Change Material Composites for Thermal Energy Harvesting and Thermotherapy, Energy Storage Materials, DOI: 10.1016/j.ensm.2019.12.029
2. Xiao Chen, Hongyi Gao, Mu Yang, Liwen Xing, Wenjun Dong, Ang Li, Haiyan Zheng, Ge Wang,?Smart Integration of Carbon Quantum Dots in Metal-Organic Frameworks for Fluorescence-functionalized Phase Change Materials.Energy Storage Materials 18 (2019) 349–355.

【作者簡介】

陳曉，師資博士后，主要研究方向是相變儲能材料。目前以第一作者身份在Nano Energy 、Energy Storage Materials、Chemical Engineering Journal 等國際權(quán)威期刊上發(fā)表SCI論文8篇，全部為中科院一區(qū)TOP期刊， 影響因子大于15的論文4篇，其中一篇入選Web of Science前1%高被引和熱點(diǎn)論文，申請國家發(fā)明專利6項(xiàng)。博士期間曾獲北京市普通高校優(yōu)秀畢業(yè)生、北京科技大學(xué)十佳學(xué)術(shù)之星、優(yōu)秀博士畢業(yè)論文、博士國家獎(jiǎng)學(xué)金、研究生學(xué)術(shù)論壇優(yōu)秀論文等榮譽(yù)。目前，正在主持國家自然科學(xué)基金青年基金、中國博士后面上基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目。

【團(tuán)隊(duì)近期研究成果】

1. Xiao Chen, Hongyi Gao, Guangtong Hai, Dandan Jia, Liwen Xing, Siyuan Chen, Piao Cheng, Mengyi Han, Wenjun Dong, Ge Wang. Carbon Nanotube Bundles Assembled Flexible Hierarchical Framework Based Phase Change Material Composites for Thermal Energy Harvesting and Thermotherapy, Energy Storage Materials, DOI: 10.1016/j.ensm.2019.12.029.
2. Xiao Chen, Hongyi Gao, Mu Yang, Liwen Xing, Wenjun Dong, Ang Li, Haiyan Zheng, Ge Wang.?Smart Integration of Carbon Quantum Dots in Metal-Organic Frameworks for Fluorescence-functionalized Phase Change Materials.Energy Storage Materials 18 (2019) 349–355.
3. Xiao Chen, Hongyi Gao, Liwen Xing, Wenjun Dong, Ang Li, Piao Cheng, Panpan Liu, Ge Wang. Nanoconfinement effects of N-doped hierarchical carbon on thermal behaviors of organic phase change materials. Energy Storage Materials 18 (2019) 280–288.
4. Xiao Chen, Hongyi Gao, Mu Yang, Wenjun Dong, Xiubing Huang, Ang Li, Cheng Dong, Ge Wang. Highly graphitized 3D network carbon for shape-stabilized composite PCMs with superior thermal energy harvesting. Nano Energy 49 (2018) 86–94.
5. Hongyi Gao, Jingjing Wang, Xiao Chen, Ge Wang, Xiubing Huang, Ang Li, Wenjun Dong. Nanoconfinement effects on thermal properties of nanoporous shapestabilized composite PCMs: A review. Nano Energy 53 (2018) 769–797.

本文由北科大王戈團(tuán)隊(duì)供稿。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻(xiàn)進(jìn)行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內(nèi)容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP.