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  工業余熱是工業生產中產生的廢棄能源，有效地收集并利用這部分低品位熱能不僅能夠減少傳統化石能源消耗，還能降低污染物的排放。基于中低溫相變材料的移動式熱能存儲/使用技術在工業余熱回收領域具有廣闊的應用前景。然而，聚乙二醇（PEG）等絕大多數中低溫有機相變材料存在易發生“固-液”泄漏、熱傳導速率低等問題，嚴重限制了其實際應用。因此，亟需一種便于規模化制備且優化的材料結構設計手段同時解決相變材料在實際應用過程中面臨的上述問題。

  近日，華中科技大學化學與化工學院瞿金平院士團隊在ACS Applied Materials & Interfaces (IF:9.229)上發表了題為“High thermal conductivity and mechanical strength phase change composite with double supporting skeletons for industrial waste heat recovery”的論文。在本文中，首先采用易于大規模應用的熔融共混結合高溫燒結的方法，構筑了一種同時具備高熱量傳輸能力和力學強度特點的碳纖維/氮化硼（CF / BN）線面異質結構填料骨架，然后將未固化的聚乙二醇（PEG）/環氧樹脂共混物澆筑到填料骨架中，形成交聯環氧樹脂與填料骨架協同增強的雙網絡支撐骨架，從而得到具有高導熱率和高力學強度的復合相變材料（PCC）。相比于純PEG，所得PCC的熱導率提高了7.4倍，雙網絡結構的支撐賦予了材料優異的力學強度，且材料在相變過程中能夠經受自身重量128.5倍的壓力而沒有任何的變形。此外，所得PCC的相變焓高達107.9 J/g，將其與熱電器件結合使用后，可以高效的將存儲的熱能轉化為電能，在工業廢熱的回收與利用領域具有巨大的應用潛力。

本文要點：

1）以高密度聚乙烯為載體，通過熔融共混結合高溫燒結，得到1D CF和2D BN構建的具有“線面”異質結構的3D導熱填料骨架。

2）體系中填料骨架和交聯環氧樹脂形成的雙骨架支撐作用使材料在相變溫度以上仍保持良好的力學性能。

3）高熱導率賦予PCC優異的熱能存儲和釋放速率。

4）PCC優異的蓄熱能力使其應用于熱電轉換時持續放電時間比純PEG基體提高6.2倍。

  論文第一作者為華中科技大學化學與化工學院科研助理龔尚，論文通訊作者為華中科技大學化學與化工學院盧翔副研究員和華南理工大學博士后鄭永峰。華中科技大學化學與化工學院為論文第一完成單位，該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、以及華中科技大學自主創新基金的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c15670

作者簡介

  盧翔，華中科技大學化學與化工學院副研究員，主要研究領域為高分子材料的高性能化與功能化改性和高分子材料的成型與加工新方法新理論。目前已以第一或通訊作者在Composites Science and Technology, Composites Part A, Composites Part B, Journal of Materials Science & Technology, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, ACS Applied Materials & Interfaces, Solar Energy Materials and Solar Cells等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文50余篇，主持承擔國家重點研發計劃，國家自然科學基金和中國博士后基金等項目4項。