华中大瞿金平院士团队制备出一种高导热和高力学强度的双网络支撑骨架复合相变材料用于工业废热回收

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工业余热是工业生产中产生的废弃能源，有效地收集并利用这部分低品位热能不仅能够减少传统化石能源消耗，还能降低污染物的排放。基于中低温相变材料的移动式热能存储/使用技术在工业余热回收领域具有广阔的应用前景。然而，聚乙二醇（PEG）等绝大多数中低温有机相变材料存在易发生“固-液”泄漏、热传导速率低等问题，严重限制了其实际应用。因此，亟需一种便于规模化制备且优化的材料结构设计手段同时解决相变材料在实际应用过程中面临的上述问题。 

近日，华中科技大学化学与化工学院瞿金平院士团队在ACS Applied Materials & Interfaces (IF:9.229)上发表了题为“High thermal conductivity and mechanical strength phase change composite with double supporting skeletons for industrial waste heat recovery”的论文。在本文中，首先采用易于大规模应用的熔融共混结合高温烧结的方法，构筑了一种同时具备高热量传输能力和力学强度特点的碳纤维/氮化硼（CF / BN）线面异质结构填料骨架，然后将未固化的聚乙二醇（PEG）/环氧树脂共混物浇筑到填料骨架中，形成交联环氧树脂与填料骨架协同增强的双网络支撑骨架，从而得到具有高导热率和高力学强度的复合相变材料（PCC）。相比于纯PEG，所得PCC的热导率提高了7.4倍，双网络结构的支撑赋予了材料优异的力学强度，且材料在相变过程中能够经受自身重量128.5倍的压力而没有任何的变形。此外，所得PCC的相变焓高达107.9 J/g，将其与热电器件结合使用后，可以高效的将存储的热能转化为电能，在工业废热的回收与利用领域具有巨大的应用潜力。

本文要点：

1）以高密度聚乙烯为载体，通过熔融共混结合高温烧结，得到1D CF和2D BN构建的具有“线面”异质结构的3D导热填料骨架。

2）体系中填料骨架和交联环氧树脂形成的双骨架支撑作用使材料在相变温度以上仍保持良好的力学性能。

3）高热导率赋予PCC优异的热能存储和释放速率。

4）PCC优异的蓄热能力使其应用于热电转换时持续放电时间比纯PEG基体提高6.2倍。

论文第一作者为华中科技大学化学与化工学院科研助理龚尚，论文通讯作者为华中科技大学化学与化工学院卢翔副研究员和华南理工大学博士后郑永峰。华中科技大学化学与化工学院为论文第一完成单位，该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、以及华中科技大学自主创新基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c15670

作者简介

卢翔，华中科技大学化学与化工学院副研究员，主要研究领域为高分子材料的高性能化与功能化改性和高分子材料的成型与加工新方法新理论。目前已以第一或通讯作者在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等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文50余篇，主持承担国家重点研发计划，国家自然科学基金和中国博士后基金等项目4项。

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