近日，我院師生在國際知名期刊Chemical Engineering Journal（SCI一區(qū)Top,IF=16.744）上在線發(fā)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(yè)大學(xué)碩士研究生宋敏宇為第一作者，能源與材料學(xué)院汪玲玲教授和徐海萍教授通力指導(dǎo)的結(jié)果。
圖文簡(jiǎn)介
隨著全球能源消費(fèi)的持續(xù)上升，太陽能作為一種可再生能源已經(jīng)獲得了廣泛的關(guān)注。然而，太陽能在利用過程中是不穩(wěn)定的和間歇性的，這導(dǎo)致了能源的不連續(xù)和不穩(wěn)定的生產(chǎn)。因此，太陽能的高效利用和太陽能存儲(chǔ)技術(shù)的探索成為研究的熱點(diǎn)。水合鹽具有儲(chǔ)能密度高和不易燃等優(yōu)點(diǎn)，但存在過冷度大，且易鹽析出等突出的問題。在這項(xiàng)工作中，我們?cè)O(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)骨架，構(gòu)建了光熱相變水凝膠（PCH）。與傳統(tǒng)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(chǔ)能密度為179.2 J/g。水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換效率可達(dá)到89.7%。基于光熱相變水凝膠的獨(dú)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(jié)構(gòu)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(wěn)定性
圖 5 相變水凝膠的導(dǎo)熱性能
圖 6 相變水凝膠的光熱性能
小結(jié)
在這項(xiàng)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(shí)氧化石墨烯的添加賦予了水凝膠優(yōu)異的光熱性能和導(dǎo)熱性能。結(jié)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(xiàn)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(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)了具有熱致柔性的相變水凝膠，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
（3）將氧化石墨烯添加到相變水凝膠中，保證了導(dǎo)熱性能和光熱性能。