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四川大學(xué)雷景新教授團(tuán)隊(duì) AFM：利用動(dòng)態(tài)半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可持續(xù)自愈合相變材料

2023-11-03 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：半互穿網(wǎng)絡(luò) 聚氨酯自修復(fù) 相變材料

傳統(tǒng)的聚合物基形狀穩(wěn)定相變材料由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的存在導(dǎo)致結(jié)晶性能降低，從而使得焓值和焓值效率較低。半互穿網(wǎng)絡(luò)形狀穩(wěn)定相變材料具有較高的焓值效率，但是一般無法進(jìn)行再次回收應(yīng)用，其應(yīng)用受到限制。基于可持續(xù)發(fā)展成為全球共識，制備自愈能力和可持續(xù)相變組分的高效耐用的熱能儲存材料具有重要意義。

近期，四川大學(xué)高分子研究所、高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)）雷景新教授/符笑偉副研究員團(tuán)隊(duì)通過在半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中引入動(dòng)態(tài)二硫化物交聯(lián)聚氨酯網(wǎng)絡(luò)和作為可持續(xù)相變組分的脂肪醇，開發(fā)了基于半互穿網(wǎng)絡(luò)（semi-interpenetrating network，semi-IPN）的可持續(xù)自修復(fù)相變材料（SHPCM）（圖1），實(shí)現(xiàn)了高焓值效率（約為100%）和優(yōu)秀的自愈合能力（應(yīng)變恢復(fù)效率為99%）。與固液相轉(zhuǎn)變的脂肪醇相比，SHPCM的交聯(lián)結(jié)構(gòu)有效限制了相變組分脂肪醇在熔點(diǎn)以上溫度如80℃的分子流動(dòng)，從而避免應(yīng)用過程中的泄漏。

圖1. SHPCM的合成示意圖及其化學(xué)結(jié)構(gòu)表征。

合成SHPCM具有完全可逆的相變儲能性能（圖2a,b）、歸一化潛熱高（圖2c）、相變過程中溫度波動(dòng)小（圖2d,e）等優(yōu)勢。通過調(diào)節(jié)脂肪醇的種類和含量可以輕松調(diào)節(jié)SHPCM的潛熱（61.6-144.3 J/g）和相變溫度（29.2-64.2°C）。SHPCM呈現(xiàn)出好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這可以從其XRD結(jié)果中的高階衍射峰得到證實(shí)（圖2f），并且其球晶尺寸隨著交聯(lián)結(jié)構(gòu)的增加而減小（圖2g-i）。

圖2. SHPCM的相變儲能性能及其結(jié)晶結(jié)構(gòu)。

SHPCM的熱可靠性高、熱穩(wěn)定性好（明顯高于相變溫度），這可以從加速熱循環(huán)后的FTIR、DSC和XRD結(jié)果（圖3a-c）和熱失重測試結(jié)果（圖3d）得到證實(shí)。SHPCM呈現(xiàn)出固體般的流變性能，這些特點(diǎn)得益于半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢（圖3e,f）。SHPCMs具有可調(diào)的機(jī)械應(yīng)力（1.23-6.16 MPa）和應(yīng)變（5.77-379.48%）（圖3g-i）。更重要的是，經(jīng)熱刺激后，SHPCMs幾乎可以完全自愈，活化能低至33.831 kJ/mol（圖4），該工作進(jìn)一步拓展了相變儲能材料的潛在應(yīng)用。

圖3. SHPCM的熱可靠性及其力學(xué)性能。

圖4. SHPCM的自修復(fù)性能。

該工作以“Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202312019）上。該工作的研究團(tuán)隊(duì)包括四川大學(xué)的博士或碩士研究生韋正楷、廖延圣、劉天仁、袁安錢、吳旭東以及江亮副研究員。本工作得到了高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)）“優(yōu)秀青年人才”項(xiàng)目（sklpme2023-2-04）、成都市重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2021-JB00-00009-SN）和四川省先進(jìn)建筑材料產(chǎn)教融合創(chuàng)新示范平臺的資助支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312019

下載：Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure

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（責(zé)任編輯：xu）

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