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  工業(yè)余熱是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)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(tǒng)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(dòng)式熱能存儲(chǔ)/使用技術(shù)在工業(yè)余熱回收領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，聚乙二醇（PEG）等絕大多數(shù)中低溫有機(jī)相變材料存在易發(fā)生“固-液”泄漏、熱傳導(dǎo)速率低等問題，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，亟需一種便于規(guī)模化制備且優(yōu)化的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段同時(shí)解決相變材料在實(shí)際應(yīng)用過程中面臨的上述問題。

  近日，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院瞿金平院士團(tuán)隊(duì)在ACS Applied Materials & Interfaces (IF:9.229)上發(fā)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(guī)模應(yīng)用的熔融共混結(jié)合高溫?zé)Y(jié)的方法，構(gòu)筑了一種同時(shí)具備高熱量傳輸能力和力學(xué)強(qiáng)度特點(diǎn)的碳纖維/氮化硼（CF / BN）線面異質(zhì)結(jié)構(gòu)填料骨架，然后將未固化的聚乙二醇（PEG）/環(huán)氧樹脂共混物澆筑到填料骨架中，形成交聯(lián)環(huán)氧樹脂與填料骨架協(xié)同增強(qiáng)的雙網(wǎng)絡(luò)支撐骨架，從而得到具有高導(dǎo)熱率和高力學(xué)強(qiáng)度的復(fù)合相變材料（PCC）。相比于純PEG，所得PCC的熱導(dǎo)率提高了7.4倍，雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的支撐賦予了材料優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度，且材料在相變過程中能夠經(jīng)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(dá)107.9 J/g，將其與熱電器件結(jié)合使用后，可以高效的將存儲(chǔ)的熱能轉(zhuǎn)化為電能，在工業(yè)廢熱的回收與利用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

本文要點(diǎn)：

1）以高密度聚乙烯為載體，通過熔融共混結(jié)合高溫?zé)Y(jié)，得到1D CF和2D BN構(gòu)建的具有“線面”異質(zhì)結(jié)構(gòu)的3D導(dǎo)熱填料骨架。

2）體系中填料骨架和交聯(lián)環(huán)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(xué)性能。

3）高熱導(dǎo)率賦予PCC優(yōu)異的熱能存儲(chǔ)和釋放速率。

4）PCC優(yōu)異的蓄熱能力使其應(yīng)用于熱電轉(zhuǎn)換時(shí)持續(xù)放電時(shí)間比純PEG基體提高6.2倍。

  論文第一作者為華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院科研助理龔尚，論文通訊作者為華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院盧翔副研究員和華南理工大學(xué)博士后鄭永峰。華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院為論文第一完成單位，該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、以及華中科技大學(xué)自主創(chuàng)新基金的資助。

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

作者簡(jiǎn)介

  盧翔，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副研究員，主要研究領(lǐng)域?yàn)楦叻肿硬牧系母咝阅芑c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(guó)際刊物上發(fā)表SCI論文50余篇，主持承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后基金等項(xiàng)目4項(xiàng)。