近日，上海交大機械與動力工程學(xué)院ITEWA團隊在國際期刊Nature Communications上發(fā)表了題為“Ultraflexible, cost-effective and scalable polymer-based phase change composites via chemical cross-linking for wearable thermal management”的研究論文。該論文由制冷與低溫工程研究所ITEWA團隊與西南交通大學(xué)團隊合作完成，為規(guī)模化制備柔性定形相變儲熱復(fù)合材料和可穿戴的熱管理器件提供了新思路。制冷與低溫工程研究所博士后趙正創(chuàng)和西南交通大學(xué)碩士研究生敬瑤閣為論文共同第一作者，李廷賢研究員和西南交通大學(xué)袁艷平教授為共同通訊作者，王如竹教授對該工作給予了指導(dǎo)和建議。
論文針對傳統(tǒng)相變材料存在液相泄漏和物理制備方法難實現(xiàn)柔性儲熱材料規(guī)模化制備的瓶頸難題，提出了采用過氧化物分解誘導(dǎo)化學(xué)交聯(lián)制備超柔性低成本聚合物基定形相變儲熱復(fù)合材料的學(xué)術(shù)思路，揭示了聚合物基相變儲熱復(fù)合材料在過氧化物分解自由基誘導(dǎo)作用下的化學(xué)交聯(lián)增韌機制，通過在相變儲熱材料中生成C-C鍵構(gòu)建雙三維聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了相變材料的定形封裝，并進一步設(shè)計了可穿戴的便攜式相變儲能熱管理器件。
研究人員成功制備了超柔性定形相變儲熱復(fù)合材料PW@OBC-SEBS，將相變材料PW嵌入C-C鍵強化的SEBS-OBC雙聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了相變材料的定形封裝，可以在加熱-冷卻循環(huán)條件下維持良好的熱穩(wěn)定性和柔性特征。通過化學(xué)反應(yīng)路徑分析和實驗測試，研究發(fā)現(xiàn)該化學(xué)交聯(lián)方法合成的儲熱復(fù)合材料相對傳統(tǒng)物理混合技術(shù)制備的復(fù)合材料，展現(xiàn)出顯著的聚合物化學(xué)交聯(lián)增韌效應(yīng)和熱穩(wěn)定性，斷裂伸長率達560%。該材料經(jīng)過500次循環(huán)試驗后仍保持穩(wěn)定的柔性功能，且在高于相變溫度的熱空氣和熱水環(huán)境下具有穩(wěn)定的定形效果而不出現(xiàn)液體泄漏，相變焓值高達176 kJ/kg，具有優(yōu)異的儲熱能力。
柔性定形相變儲熱復(fù)合材料的化學(xué)交聯(lián)設(shè)計
研究人員揭示了過氧化物分解自由基驅(qū)動聚合物C-C鍵生成強化的化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)儲能材料優(yōu)異熱性能和力學(xué)性能的根本原因，提出了可規(guī)模化制備柔性定形相變儲熱復(fù)合材料的新方法，實驗室單次制備質(zhì)量可達20 kg。研究人員進而設(shè)計構(gòu)建了可用于人體熱舒適性調(diào)節(jié)的可穿戴便攜式相變儲能熱管理器件，表現(xiàn)出了長效穩(wěn)定的儲熱和溫度調(diào)控能力，實現(xiàn)了人體熱療39~42 °C熱舒適溫區(qū)的可穿戴熱管理。
柔性定形聚合物基相變儲熱復(fù)合材料PW@OBC-SEBS
基于柔性定形相變儲熱復(fù)合材料的可穿戴熱管理器件
該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金重大項目的資助，在固-液相變材料的定形封裝和便攜式熱管理應(yīng)用方面具有極大的商業(yè)化應(yīng)用潛力。
王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA多學(xué)科交叉創(chuàng)新團隊（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進展。近年來在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Water、Nature Communications、Chemical Society Reviews、Joule等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43772-4
學(xué)院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號上海交通大學(xué)閔行校區(qū)機械與動力工程學(xué)院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn