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四川大學雷景新教授團隊 AFM：利用動態半互穿網絡結構設計可持續自愈合相變材料

2023-11-03 來源：高分子科技

傳統的聚合物基形狀穩定相變材料由于交聯網絡的存在導致結晶性能降低，從而使得焓值和焓值效率較低。半互穿網絡形狀穩定相變材料具有較高的焓值效率，但是一般無法進行再次回收應用，其應用受到限制。基于可持續發展成為全球共識，制備自愈能力和可持續相變組分的高效耐用的熱能儲存材料具有重要意義。

近期，四川大學高分子研究所、高分子材料工程國家重點實驗室（四川大學）雷景新教授/符笑偉副研究員團隊通過在半互穿網絡結構中引入動態二硫化物交聯聚氨酯網絡和作為可持續相變組分的脂肪醇，開發了基于半互穿網絡（semi-interpenetrating network，semi-IPN）的可持續自修復相變材料（SHPCM）（圖1），實現了高焓值效率（約為100%）和優秀的自愈合能力（應變恢復效率為99%）。與固液相轉變的脂肪醇相比，SHPCM的交聯結構有效限制了相變組分脂肪醇在熔點以上溫度如80℃的分子流動，從而避免應用過程中的泄漏。

圖1. SHPCM的合成示意圖及其化學結構表征。

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小（圖2d,e）等優勢。通過調節脂肪醇的種類和含量可以輕松調節SHPCM的潛熱（61.6-144.3 J/g）和相變溫度（29.2-64.2°C）。SHPCM呈現出好的結晶結構，這可以從其XRD結果中的高階衍射峰得到證實（圖2f），并且其球晶尺寸隨著交聯結構的增加而減小（圖2g-i）。

圖2. SHPCM的相變儲能性能及其結晶結構。

SHPCM的熱可靠性高、熱穩定性好（明顯高于相變溫度），這可以從加速熱循環后的FTIR、DSC和XRD結果（圖3a-c）和熱失重測試結果（圖3d）得到證實。SHPCM呈現出固體般的流變性能，這些特點得益于半互穿網絡結構的優勢（圖3e,f）。SHPCMs具有可調的機械應力（1.23-6.16 MPa）和應變（5.77-379.48%）（圖3g-i）。更重要的是，經熱刺激后，SHPCMs幾乎可以完全自愈，活化能低至33.831 kJ/mol（圖4），該工作進一步拓展了相變儲能材料的潛在應用。

圖3. SHPCM的熱可靠性及其力學性能。

圖4. SHPCM的自修復性能。

該工作以“Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure”為題發表在《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202312019）上。該工作的研究團隊包括四川大學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實驗室（四川大學）“優秀青年人才”項目（sklpme2023-2-04）、成都市重大科技創新項目（2021-JB00-00009-SN）和四川省先進建筑材料產教融合創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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（責任編輯：xu）

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