四川大学张楚虹教授/张新星研究员《Small》：用于太阳能收集的超强韧动态交联光热材料

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发展清洁、可持续的新能源技术对实现碳中和、缓解能源危机势在必行，其中，可将太阳能转化为热能的光热材料和技术在发电、海水淡化、家庭供暖等领域具有重要应用前景。聚合物基光热复合材料因其重量轻、耐腐蚀、易加工和机械柔韧性等优点受到广泛关注。然而，由于固有的填料/基体结构脆弱性，传统的Janus结构和3D多孔结构光热材料在重复载荷下很容易出现裂缝或断裂，且通常会导致在实际应用中能量收集性能的退化。迄今为止，如何获得高效和机械耐用的光热材料仍然是一个重大挑战。

在自然界中，蜘蛛丝、关节软骨、珍珠层、竹子等多种强韧的生物材料都具有有序多层次结构，其特点是通过超分子键连接的微/纳米增强骨架。受此启发，研究人员基于液态金属（LMs）独特的机械可变形特性，通过动态交联和固相拉伸技术制备了一种超强韧的LMs/聚合物基光热复合材料。

图1 材料结构设计示意图

凭借动态交联界面，单宁酸包裹的核壳结构LMs液滴可以在固相拉伸过程中随着聚合物链的定向结晶同时被挤压，从而使LMs纳米颗粒能够均匀地编程在刚性超高分子量聚乙烯纳米纤维骨架中。

图2 结构与成分表征

得益于这种仿生有序多层次结构，所得复合材料具有超强宽带光吸收（96.9-99.3%）、优异的光热转换能力（η_PT = 77.3%）、卓越的机械性能（拉伸强度283.7 MPa，可提起自身重量200 000倍的物体）和长期结构可靠性（承受100 000次弯曲循环）。作者还进一步展示了基于该材料的模拟真实环境太阳能热电发电机系统，为高性能、稳定输出的太阳能收集材料设计和制造提供重要途径。

图3 光热性能表征

上述工作近期以“Ultrarobust Photothermal Materials via Dynamic Crosslinking for Solar Harvesting”为题发表在《Small》上。论文第一作者为四川大学高分子研究所博士生黄鑫，通讯作者为高分子材料工程国家重点实验室张楚虹教授和张新星研究员，本研究工作得到国家自然科学基金（51933007、51873123、52173112）、四川省杰出青年科学基金（2021JDJQ0017）和四川大学工科共性学科特色方向项目（No：2020SCUN）资助支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202104048

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