转自洞见热管理
00
课题组简介
王戈，北京科技大学材料科学与工程学院教授。2002年于美国Michigan Technological University化学系获得理学博士学位。2002年入选北京市科技新星计划，2013年被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，2015年全国冶金教育系统年度杰出人物奖。她从事高效集约型催化材料及高性能节能储能材料等方面的应用基础研究。在Nat. Commun.、Chem. Rev.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Appl. Catal. B-Environ.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、Energy Storage Mater.等期刊发表SCI收录论文300余篇，授权发明专利70余项。作为项目负责人她先后承担了国家重点研发计划项目（课题）、863计划、973计划课题、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金重点及面上项目等国家或省部级项目。“新型绿色烯烃环氧化用催化材料的研究”在2011年获北京市科学技术奖二等奖（第一完成人），2012年获北京市教育教学成果一等奖，2014年作为主讲人之一讲授的“材料类专业导论课”入围“中国大学视频公开课”，“功能复合材料的结构设计、多级构筑与性能定制研究”在2016年获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖（第一完成人）。
01
掀开热管理新篇章：131J/g相变焓与96.9%光热效率的秘密
简介：为了克服传统有机相变材料光收集差、导热系数低和易泄漏的问题，研究人员设计了一种新型双碳网络结构——CH@Ni-CNTs。该结构通过将镍纳米颗粒（Ni NPs）和碳纳米管（CNTs）限制在碳蜂窝（CH）网络中，用于封装石蜡（PW），从而增强光捕获和光热转换效率。PW/CH@Ni-CNTs复合相变材料表现出131.0 J g⁻¹的高相变焓，并具有300次加热-冷却循环的稳定热性能。其光热转换效率高达96.9%，这归功于双碳网络和受限Ni NPs的协同效应：CNT穿梭于CH网络提供反射室和导热路径，而Ni NPs的局域表面等离子体共振（LSPR）效应集中入射光能并加速“热电子”传输。这项研究提出了一种可控制备复合相变材料的双功能Ni诱导双碳网络系统，并阐明了其光热转换机制，为高效热管理材料的设计提供了新思路。
链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c15958
02
定向微单元设计：解锁91.9%光热效率与高性能热管理
简介：尽管导热框架设计优化已被广泛研究，但定向分层导热框架在复合相变材料（CPCMs）中的应用仍处于探索阶段。受双向冰模板策略启发，研究人员通过高能球磨和双向冷冻技术，制备了三种具有不同“定向微单元”结构的芳纶纳米纤维/石墨烯纳米片气凝胶复合材料。这些材料的相变焓值在146–152 J g⁻¹之间。实验和模拟结果表明，具有“背对背”径向层状结构的CPCMs表现出最佳的光热转换和传热性能，其热导率提高173.3%，光热转换效率提高91.9%，并实现了303.3 mV的最大太阳-热-电输出电压。“定向微单元”的设计为需要定向传热的CPCM应用开辟了新思路。
链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411744
03
磁响应相变材料：多功能储能的未来指南
简介：热管理技术的快速发展和对多能量转换的需求不断增长，对下一代形状稳定的复合相变材料 （PCM） 提出了严格的能效要求。磁响应相变蓄热材料被认为是储能系统的新兴概念，使 PCM 能够执行前所未有的功能（如绿色能源利用、磁热疗、药物释放等）。多功能磁性纳米材料与 PCM 的结合是创建先进多功能复合 PCM 的里程碑。然而，仍然缺乏对基于磁性纳米颗粒改性的复合 PCM 的及时和全面的综述。该文对此进行了详尽阐述，介绍了磁响应复合PCM的前沿进展。研究人员深入分析了不同尺寸复合相变材料中不同纳米颗粒的多重作用，并研究了其结构和热物理特性之间的复杂关系。此外，其还预测了未来的研究方向，提出了替代策略，并指明了发展路径。
链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.09.055
04
跨越热管理与医疗边界：多维纳米结构PCM的革命性设计
简介：开发集零能耗热管理、微波吸收、光热治疗和电信号检测于一体的先进纳米复合相变材料 （PCM） 可以促进柔性可穿戴电子设备的跨越式发展。为此，研究人员提出了一种多维协作策略，将二维（2D）MXene纳米片、一维（1D）碳纳米管（CNT）和零维（0D）金属纳米颗粒（Co/Ni）结合，制备了先进的多功能纳米复合相变材料（PCM）。将石蜡（PW）封装在三维（3D）网络结构的MXene/CoNi-C中后，所得复合PCM展现出优异的热能存储能力、长期热可靠性稳定性以及97.5%的超高光热转换和存储效率。此外，该材料在微波吸收方面表现出色，在8.03 GHz频率下最小反射损耗达到-49.3 dB。更重要的是，相应的柔性相变膜能够同时实现电子设备的热管理、电磁屏蔽，以及个人的光热疗法和电信号检测。这种功能集成设计为开发先进的柔性多功能可穿戴材料和器件提供了重要参考。
链接：https://doi.org/10.1016/j.esci.2024.100292
05
热管理革新：相变材料驱动的催化性能提升新路径
简介：催化在工业过程中至关重要，而开发高性能催化剂是提升效率的关键。然而，大多数催化过程涉及放热或吸热效应，这会影响催化效率，甚至导致催化剂失活。近年来，相变材料（PCM）因其热管理和储能功能，在增强热催化、光催化、生物催化和电化学等领域的催化过程方面展现出巨大潜力。通过将相变材料与催化剂创新集成，可以同时提高能源效率和催化性能。微胶囊技术使相变材料能够在催化剂内部偶联，并引入具有催化作用的封装壳或纳米颗粒，赋予其良好的化学稳定性、热循环稳定性以及高导热性。不同体系中催化剂与相变材料的协同机制主要包括自储热驱动催化、温度调节和热流/电子协同效应。此外，综述还系统讨论了PCM@Catalysts复合材料的微观结构与催化/热管理性能之间的相关性，并介绍了该领域当前面临的挑战和发展趋势。该综述旨在重点介绍相变材料在增强催化过程方面的最新进展，并为PCM@Catalysts复合材料的合理设计和可控制备提供见解。
链接：https://doi.org/10.1016/S1872-2067(24)60016-1
06
高效太阳能利用：圆顶形相变材料实现94.41%光热转换
简介：由于相变材料存在形状稳定性差和光热转换能力弱等缺点，该研究采用特殊的模具通过冷冻铸造构建了一种具有三维网络结构的圆顶形羧甲基纤维素/碳纳米管气凝胶（CA），然后将其浸渍于聚乙二醇（PEG）中。所得的PEG/CA复合材料的焓值为183.21 J g⁻¹，热导率为0.324 W m-1 K-1，比纯PEG高57%。 PEG/CA将太阳能转换为热能的能力与碳纳米管（CNTs）的掺入以及复合材料的热导率呈正相关。在模拟阳光照射下，其光热转换效率达到94.41%，经过10分钟的照射后，表面温度可以达到65℃，内部温度可以达到44.67℃。这种圆顶形的PEG/CA由于其强大的光热转换和储热能力，在高效利用可再生的太阳能方面具有广阔的应用前景。
链接： https://doi.org/10.1002/cssc.202301971
07
极端环境克星：多功能泡沫基PCM实现智能热管理与抗辐射突破
简介：为了应对复杂多变的极端环境，扩展多功能性对于便携式智能可穿戴复合相变材料（PCM）至关重要。研究人员开发了一种先进的Co/N共掺杂碳泡沫基多功能复合相变材料，集双温热管理、光触发加热、防水、阻燃和微波吸收于一体。该材料由三聚氰胺泡沫@ZIF67和石蜡（PW）通过熔融封装制备而成，得益于强大的全光谱吸收、快速的光子和声子传输以及局域表面等离激元共振效应，其光热转换效率高达95.17%。此外，该材料在300次加热-冷却循环后仍表现出优异的热管理、结构稳定性和热存储稳定性，并且具有优异的微波吸收性（RLmin = -57.93 dB）、良好的阻燃性和疏水性（接触角> 100°）。这种多功能泡沫基复合相变材料为个性化热管理和抗辐射智能可穿戴设备提供了巨大潜力，即使在恶劣环境下也能实现按需特性的智能可穿戴光触发相变加热器。
链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149858
