近日，我院師生在國際知名期刊Chemical Engineering Journal（SCI一區Top,IF=16.744）上在線發表了題為“Thermally Induced Flexible Phase Change Hydrogels for Solar Thermal Storage and Human Thermal Management”的研究論文，該論文是以上海第二工業大學碩士研究生宋敏宇為第一作者，能源與材料學院汪玲玲教授和徐海萍教授通力指導的結果。
圖文簡介
隨著全球能源消費的持續上升，太陽能作為一種可再生能源已經獲得了廣泛的關注。然而，太陽能在利用過程中是不穩定的和間歇性的，這導致了能源的不連續和不穩定的生產。因此，太陽能的高效利用和太陽能存儲技術的探索成為研究的熱點。水合鹽具有儲能密度高和不易燃等優點，但存在過冷度大，且易鹽析出等突出的問題。在這項工作中，我們設計和制備了具有熱致柔性的光熱相變水凝膠。以三水合醋酸鈉為PCM，氧化石墨烯為光熱劑，丙烯酰胺和魔芋葡甘露聚糖為三維網絡骨架，構建了光熱相變水凝膠（PCH）。與傳統的水凝膠不同，熔融的水合鹽被用作溶劑，通過原位聚合形成PCH，儲能密度為179.2 J/g。水凝膠的三維網絡有效地降低了鹽泄漏的可能性，并將其過冷（約30℃）抑制了到1.2-3.1℃的范圍。由于氧化石墨烯的高光吸收性能，相變水凝膠的光熱轉換效率可達到89.7%。基于光熱相變水凝膠的獨特特性，在人體熱管理和太陽能熱利用方面具有巨大的潛力。
圖 1 相變水凝膠的制備示意圖
圖 2 相變水凝膠的微觀形貌和結構表征
圖 3 相變水凝膠的熱致柔性、不易燃和相分離特性
圖 4 相變水凝膠的熱穩定性
圖 5 相變水凝膠的導熱性能
圖 6 相變水凝膠的光熱性能
小結
在這項工作中，利用水合鹽作為溶劑原位聚合形成具有熱致柔性的光熱相變水凝膠，一步解決了水合鹽的泄露、過冷、相分離和剛性問題。同時氧化石墨烯的添加賦予了水凝膠優異的光熱性能和導熱性能。結果表明，所制備的相變水凝膠在太陽能熱利用和人體熱管理中展現巨大的潛力。
（1）采用原位聚合法一步制備相變水凝膠，有效解決了水合鹽的固有缺陷。
（2）利用水合鹽的固液轉換，設計了具有熱致柔性的相變水凝膠，擴大了應用范圍。
（3）將氧化石墨烯添加到相變水凝膠中，保證了導熱性能和光熱性能。