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北化汪曉東教授團隊 Small：MXene薄膜與可回收聚乙二醇–磷腈共聚物整合多用途固–固相變材料的設計與構建

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了巨大的應用潛力。然而，傳統的固–液相變材料在熔融狀態下存在流動性和泄漏問題，限制了其在先進功能器件及領域的應用，開發防泄露的固–固相變材料成為解決上述問題的關鍵手段。

圖1 多用途可回收固–固PCM的形成機理、結構特征和性能特征

近期，北京化工大學汪曉東教授團隊開發了一種具有雙層結構的新型多功能固–固相變復合材料（圖1），該復合材料基于Zn²⁺交聯的聚乙二醇-聚磷腈固–固相變材料作為下層、MXene薄膜作為上層的雙層結構。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絡骨架進行縮聚制成共價鍵連接共聚物（PCEPN），然后用Zn²⁺對其交聯形成可固–固相變的PCEPN-Zn，并作為復合材料的相變功能層。PCEPN-Zn的交聯結構是通過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中的動態鍵能夠同時斷裂和重組。這種特征結構可以在經過多次熱壓處理后保持PCEPN-Zn的原始化學、熱和機械性能。開發的PCEPN-Zn不僅具有高潛熱容量、優異的形狀穩定性、良好的熱穩定性和高熱可靠性，而且具有優異的自愈能力、良好的可回收性和高粘附性。該雙層結構的固–固相變復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），適用于各種應用場景。本研究所設計構建的雙層多功能PCEPN-Zn/MXene薄膜固–固相變復合材料可以通過簡單的粘合輕松組裝。另一方面，MXene薄膜具有低發射率、良好的光吸收率和優異的阻燃性等特點。通過結合PCEPN-Zn和MXene薄膜的優異功能，所獲得的雙層多功能固–固相變復合材料在計算機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用前景。本研究為用于熱能儲存和熱管理應用的下一代可持續多功能材料的研發提供了新的設計思路。

圖2 相變材料可變形性、易粘附性及電池熱管理性能

該工作以“Integrating MXene Film with Recyclable Polyethylene Glycol-co-Polyphosphazene Copolymer as Solid-Solid Phase Change Material for Versatile Applications”為題發表在國際知名學術期刊《Small》上。北京化工大學材料科學與工程學院博士研究生王永康、林呼斯圖和黃梅杰為論文的共同第一作者，汪曉東教授、吳戰鵬教授和劉歡副教授為本論文的共同通訊作者，北京化工大學為唯一完成單位。該研究得到了北京市自然科學基金和北京化工大學有機無機國家重點實驗室開放基金聯合支持。

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

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（責任編輯：xu）

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