基于链缠结与交联网络的高焓值聚乙二醇复合相变材料实现太阳能转换与热管理创新

《Journal of the Energy Institute》：High-enthalpy polyethylene glycol composite-based phase change materials enabled by chain entanglement and crosslinking network for solar conversion and thermal energy management

本文推荐一种通过链缠结和交联网络构建的高性能聚乙二醇（PEG）复合相变材料（PCM）。该材料通过PEG交联二氧化硅网络（PEG-cro-SiO2）与碳纳米管（CNT）协同作用，实现宽范围焓值调控（108.0–151.2 J·g?1）和优异循环稳定性（100次冷热循环后焓损≤0.5%）。其93.7%的光热转换效率和468 mV的热电输出电压，在车辆舱温均衡（62.5°C维持114秒）和智能手机PMIC双模式热管理中展现巨大应用潜力。

　　

亮点

通过动态流变学分析揭示了交联密度与缠结程度对相变能力与形状稳定性的调控机制，证实当PEG-cro-SiO₂添加量为10 wt%时材料可实现最优平衡。

材料表征

采用¹H NMR验证PEG-EO链末端环氧基团成功接枝（化学位移3.16 ppm），FTIR与XPS证实PEG-EO与氨基化二氧化硅（SiO₂-NH₂）形成交联网络。质谱分析显示交联点间距随PEG分子量增加而扩大（6K/11K/20K PEG对应间距分别为4.2/7.7/14.0 nm）。

热性能分析

DSC测试表明CSTP复合材料熔融焓达151.2 J·g^?1，且100次循环后焓值保持率超过99.5%。同步热分析（STA）显示材料在300°C内具有良好热稳定性，碳纳米管（CNT）与二氧化硅协同构建的热导通路使导热系数提升至0.62 W·m^?1·K^?1。

结论

本研究成功开发出多功能PEG交联二氧化硅网络/碳纳米管复合相变材料（CSTP），通过化学交联与物理缠结的协同作用，在保证形状稳定性的同时实现宽范围焓值调控。其高效光热转换（93.7%）与热管理性能为车辆温控、电子设备散热等场景提供创新解决方案。