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  隨著全球人口激增和生態環境惡化，逐漸枯竭的化石燃料已無法滿足人類的需求，太陽能由于長期性、易獲取性和環保性等特性引起了人們廣泛的關注。但是太陽能固有的間歇性限制了其在能源結構中的廣泛應用。能源轉換和儲存是應對太陽能間歇性問題的較好方式之一，其中以相變材料（PCM）為核心的能源轉換和儲存系統由于其低成本、制備簡單等優勢被廣泛研究。有機相變材料因其具有低過冷、化學穩定性高、相變過程安全等優點成為應用最廣泛的相變材料。然而，PCM通常面臨泄露問題，通過聚合物殼層微膠囊化相變材料可以有效地阻止其泄露。乳液模板法是一種制備相變微膠囊的有效手段。皮克林（Pickering）乳液是一類基于固體粒子穩定的乳液，相比于傳統的表面活性劑穩定的乳液，Pickering乳液具有高穩定性和低毒性等優勢。纖維素納米晶（CNC）是一維棒狀納米纖維素，因其生物可降解、良好的生物相容性和對油水界面的部分潤濕性，是一種極佳的Pickering乳化劑。然而，將有機PCM封裝于聚合物殼層中只解決了PCM的泄露問題，有機相變材料的固有低導熱率和光熱轉化效應并未得到改善。聚吡咯（PPy）由于其高導熱性和優異的光熱轉換能力是一種理想的微膠囊改性材料。通過將PPy原位聚合在聚合物殼層表面，有望提升相變材料微膠囊的導熱和光熱轉化性能。

  該成果以“High thermal conductive and photothermal phase change material microcapsules via cellulose nanocrystal stabilized Pickering emulsion for solar harvesting and thermal energy storage”發表在《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區，JCR一區，IF 7.7）上，該論文的第一單位為華南師范大學華南先進光電子研究院，論文的第一作者為華南師范大學2024屆碩士畢業生魏強，通訊作者為華南師范大學周國富團隊張振副研究員。本項目得到了國家重點研發計劃、廣東省自然科學基金面上項目和青年提升項目、國家自然基金和閃思科技等項目的大力支持。

1. CNC穩定的C₂₂ Pickering乳液的制備及表征

圖3. (A) 使用5 mg/mL CNC和不同NaCl濃度（0.1, 0.5, 1, 3, 5, 10 mg/mL）穩定的Pickering乳液的光學顯微鏡圖像；(B) 對應的乳液粒徑分布圖；(C) 乳液滴直徑的平均值與NaCl濃度的關系；(D) C₂₂ Pickering乳液的乳液分數與NaCl濃度的關系，以及乳液靜置20小時后的照片。

2. C₂₂微膠囊形貌及結構表征

圖4.（A）C₂₂-CMF、（B）C₂₂-CMFP-1 和（C）C₂₂-CMFP-4 微膠囊在不同放大倍數下的SEM圖像；（D）破裂的C₂₂-CMF微膠囊和（E）破裂的C₂₂-CMFP-4微膠囊的SEM圖像；（F）PPy、MF、塊狀C₂₂和C₂₂微膠囊的FT-IR光譜。

3. C₂₂微膠囊的相變性能和熱穩定性

圖5. （A）C₂₂和C₂₂微膠囊的熔化過程和（B）凝固過程的DSC曲線；（C）C₂₂和C₂₂微膠囊的熔化溫度（T_m）和凝固溫度（T_s）；（D）C₂₂-CMF微膠囊和（E）C₂₂-CMFP-4微膠囊的第1次（實線）和第100次（虛線）加熱/冷卻循環的DSC曲線；（F）C₂₂、MF和C₂₂微膠囊的TGA曲線。

4. C₂₂微膠囊的防泄漏性

圖6. 在100 °C下，C₂₂、C₂₂-CMF和C₂₂-CMFP-4微膠囊粉末在濾紙上的高溫泄漏測試。

5. C₂₂微膠囊的熱導率、光熱性能和阻燃性

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138162

  Qiang Wei, Wang Sun, Zhe Zhang, Guofu Zhou, Zhen Zhang*. High thermal conductive and photothermal phase change material microcapsules via cellulose nanocrystal stabilized Pickering emulsion for solar harvesting and thermal energy storage. International Journal of Biological Macromolecules 2025, 284, 138162.