太阳向地球表面提供了约1.8 × 10^14 千瓦的能量，被普遍认为是最丰富的可再生能源。光热效应通过将电磁波转换为热能，是捕获并利用太阳辐射最基本的方式之一。然而，由于太阳能强度低且受日常和季节变化的影响大，结合光热材料和相变材料来获得光热相变材料是稳定光热应用能源供应的有效方式。相变材料通过在液态和固态之间转变来吸收和释放热能，并维持温度在一个狭窄范围内，此过程同时伴随着透明度、晶体结构、电阻等性质的有趣变化。当暴露于太阳辐射时，光热材料吸收并将其转化为热量，然后传递给周围的相变材料，而相变材料的巨大潜热改善了能源使用的灵活性和稳定性。近年来光热相变材料的研究得到了长足的发展，扩展了光热相变材料在不同领域的应用，如图1所示。
针对此良好前景的研究方向，香港理工大学吕琳教授 (本文通讯作者) 团队围绕光热相变材料进行了文献调研，相关成果于2024年10月发表于《Chemical Engineering Journal》期刊。论文第一作者为课题组博士后焦锴，论文题为:“Endowing photothermal materials with latent heat storage: A state-of-art review on photothermal PCMs”。
论文信息：
Jiao, K., Lu, L., Wen, T., & Wang, Q. (2024). Endowing photothermal materials with latent heat storage: A state-of-art review on photothermal PCMs. Chemical Engineering Journal, 156498.
DOI: 10.1016/j.cej.2024.156498
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摘要
光热材料能够有效地将吸收的光能转换成热，通过与相变材料的结合可以增强热容进而赋予其热调节属性。本综述论文介绍了光热相变材料的新进展，总结并展望了通过增强其电磁波的捕获或屏蔽的效率在不同领域中的应用。我们将这些光热相变材料归纳分类为定型光热相变材料、固固光热相变材料和微纳封装光热相变材料，并介绍了每种独特的优势和特定的挑战。此外，本综述深入探讨了评估光热相变材料性能的各种评估方法。光热相变材料的应用涵盖了从太阳能采集到生物医学应用的广泛领域，展示了它们在涉及与电磁波相关领域中的巨大潜力。本文旨在提供该领域的最新研究与发展，总结了并指出了当前研究的不足与空白，并为未来的研究提出看法与建议。
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Abstract
Photothermal materials are powerful converters for the light-heat transition towards an energy-efficient society. By integrating it with PCMs, it further exhibits thermal regulation properties with an increased heat capacity. This review paper explores the advancements in photothermal materials integrated with PCMs to create photothermal PCMs, which enhance the efficiency and versatility of EM wave harnessing or shielding. We categorize these composite materials into FSPCMs, SSPCMs, and ePCMs, each offering distinct advantages and facing specific challenges. Additionally, the review delves into the various evaluation methods for assessing the performance of photothermal PCMs. The applications of these materials cover a broad field from solar energy harvesting to biomedical applications, showcasing their promising potential in areas that involve EM wave interactions. Despite the expanding frontier of these fascinating materials, many areas remain undeveloped. This paper aims to provide a comprehensive understanding of the field and suggests future research directions to overcome current limitations and enhance the practical deployment of photothermal PCMs.
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关键词
Phase change materials（相变材料）
Photothermal PCM（光热相变材料）
Thermal control（热控制）
Thermal energy storage（储热）
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图文导读
图2 光热转换机理：
a) 局域表面等离子共振（LSPR）；b) 非辐射弛豫；c) 激发态π电子弛豫。
图3 定型光热相变材料的合成路线。
图4 微纳光热相变微胶囊的种类。
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结论
本文结论主要有：
1. 光热相变材料可以大致分为定型光热相变材料、固固光热相变材料和微纳封装光热相变材料，不同种类的材料有其特定的优势和应用场景。
2. 光热相变材料在维持光热应用中的温度稳定，防止光热引起的热冲击等方面具有良好表现，但是因为在夜间对外热辐射较强，将其简单地作为光热储存介质效果并不理想。
3，目前光热相变材料的应用研究主要包括光热疗法、光催化、电磁波屏蔽、热隐身、海水淡化等方面。对于固固光热相变材料良好的力学特性、形状记忆、自修复特性相关的应用有待研究。
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图文 | 龍景 吕琳
编辑 | 龍景
审核 | 吕琳 龍景
