中国农大何志祝/中科院理化所刘静《自然·通讯》：相变材料“碰磁”研究进行时

相变材料(PCM)是一类在熔化或凝固过程中吸收或释放大量热量而温度保持恒定的材料。PCM材料在潜热存储中发挥着至关重要的作用，被认为是应对能源和环境危机的最有前景的技术之一，在太阳能利用、平衡电力负荷波动和余热回收等领域已展现出巨大潜力。此外，越来越多的研究正逐步将PCM材料应用到电子冷却、绿色建筑、智能织物和红外隐身等方向并取得良好进展。然而，现有PCM材料的性能始终存在一些固有不足，如热导率低、容易泄露和变形等问题，这不仅限制了PCM材料热学性能的良好发挥，更可能会因材料进入液相环节时发生泄露造成设备污染、腐蚀甚至短路；而常规情况下使用壳材料将PCM进行封装会削弱材料的导热性能，同时还存在液固转换中热应力不匹配带来的壳破裂风险；此外，将PCM材料和三维结构物质复合常常也会面临无法让PCM材料充分填充到微小孔隙中，导致材料制备难度升高。

鉴于此，中国农业大学何志祝课题组和中科院理化技术研究所刘静课题组合作，创新性地提出了磁封装定形PCM材料（MTPCM）。将镀银永磁性颗粒作为支撑材料引入PCM中，由此借助于永磁性颗粒的相互吸引特性形成了具有多孔隙的定向网络结构，这种结构在去除磁场后仍可保持不变。PCM材料充灌孔隙并形成液桥，在毛细力作用下，被固定其间，从而使新的复合材料具备了防泄漏性能。此外，永磁性颗粒的相互作用还赋予了PCM动态组装和形状重构等多种功能。而且，与单纯的PCM材料相比，高导热及高导电永磁性颗粒互连网络结构，不仅使MTPCM热导率提高了1400%~1600%，还使原本绝缘的PCM材料获得了优异的导电性（电导率>104 S/m），并赋予了材料突出的抗压强度。进一步地，文章还证明了MTPCMs具有优异的能量转换效率和温控能力。相关工作以“Magnetically tightened form-stable phase change materials with modular assembly and geometric conformality features”为题发表在《Nature Communications》上，博士陆泳宇和于得海为共同一作，何志祝教授和刘静研究员为共同通讯。

图1 MTPCM材料的制备和磁封装防泄漏，以及自组装和形状重构性能。

图2 MTPCM材料的微观结构表征和磁性能

图3 MTPCM材料的热学性能和循环稳定性

图4 MTPCM材料的力学性能

图5 MTPCM材料在能量储存和转化性能方面的应用

图6 MTPCM材料在热管理方面的应用

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来源：高分子科学前沿

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