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北化汪曉東教授團(tuán)隊(duì) Small:MXene薄膜與可回收聚乙二醇–磷腈共聚物整合多用途固–固相變材料的設(shè)計(jì)與構(gòu)建
2024-10-24  來源:高分子科技

  相變材料(PCM)因其可逆相變以儲存和釋放大量熱能的能力,在熱能儲存和管理方面展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。然而,傳統(tǒng)的固–液相變材料在熔融狀態(tài)下存在流動性和泄漏問題,限制了其在先進(jìn)功能器件及領(lǐng)域的應(yīng)用,開發(fā)防泄露的固–固相變材料成為解決上述問題的關(guān)鍵手段。


圖1 多用途可回收固固PCM的形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)特征和性能特征


  近期,北京化工大學(xué)汪曉東教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的新型多功能固固相變復(fù)合材料(圖1),該復(fù)合材料基于Zn2+交聯(lián)的聚乙二醇-聚磷腈固固相變材料作為下層、MXene薄膜作為上層的雙層結(jié)構(gòu)。首先采用聚乙二醇單甲醚作為相變組分和聚磷腈作為聚合物網(wǎng)絡(luò)骨架進(jìn)行縮聚制成共價(jià)鍵連接共聚物(PCEPN),然后用Zn2+對其交聯(lián)形成可固–固相變的PCEPN-Zn,并作為復(fù)合材料的相變功能層。PCEPN-Zn的交聯(lián)結(jié)構(gòu)是通過PCEPN上的羧基與Zn2+之間的金屬配體配位形成的,這使得在加熱過程中PCEPN-Zn中的動態(tài)鍵能夠同時斷裂和重組。這種特征結(jié)構(gòu)可以在經(jīng)過多次熱壓處理后保持PCEPN-Zn的原始化學(xué)、熱和機(jī)械性能。開發(fā)的PCEPN-Zn不僅具有高潛熱容量、優(yōu)異的形狀穩(wěn)定性、良好的熱穩(wěn)定性和高熱可靠性,而且具有優(yōu)異的自愈能力、良好的可回收性和高粘附性。該雙層結(jié)構(gòu)的固–固相變復(fù)合材料可以任意塑性(圖2a)并粘附在各種物體的表面,如玻璃、塑料、橡膠、陶瓷、木材和鐵(圖2b),適用于各種應(yīng)用場景。本研究所設(shè)計(jì)構(gòu)建的雙層多功能PCEPN-Zn/MXene薄膜固固相變復(fù)合材料可以通過簡單的粘合輕松組裝。另一方面,MXene薄膜具有低發(fā)射率、良好的光吸收率和優(yōu)異的阻燃性等特點(diǎn)。通過結(jié)合PCEPN-Zn和MXene薄膜的優(yōu)異功能,所獲得的雙層多功能固固相變復(fù)合材料在計(jì)算機(jī)CPU和鋰離子電池的熱管理(圖2c)、高溫物體的熱紅外隱身和臨床熱療等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本研究為用于熱能儲存和熱管理應(yīng)用的下一代可持續(xù)多功能材料的研發(fā)提供了新的設(shè)計(jì)思路。


圖2 相變材料可變形性、易粘附性及電池?zé)峁芾硇阅?/span>


  該工作以“Integrating MXene Film with Recyclable Polyethylene Glycol-co-Polyphosphazene Copolymer as Solid-Solid Phase Change Material for Versatile Applications”為題發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Small》上。北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生王永康林呼斯圖黃梅杰為論文的共同第一作者,汪曉東教授、吳戰(zhàn)鵬教授和劉歡副教授為本論文的共同通訊作者,北京化工大學(xué)為唯一完成單位。該研究得到了北京市自然科學(xué)基金和北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金聯(lián)合支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/smll.202407626

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