基于泥炭藓生物质/月桂醇/石墨烯复合相变材料的建筑节能材料开发与热性能研究

本研究针对相变材料(PCMs)在建筑热管理中存在的渗漏和低导热性问题，创新性地利用泥炭藓生物质(MB)作为月桂醇(LOH)的封装基质，并引入石墨烯(G)提升导热性能。通过FTIR、DSC等技术证实，65% LOH负载量的MB/LOH/G复合材料在19°C附近具有162 J/g的高潜热值，且经600次循环仍保持稳定，为建筑节能材料开发提供了环保解决方案。

　　

随着全球能源危机加剧，建筑能耗占社会总能耗40%以上的现状促使相变材料(PCMs)研究成为热点。传统PCMs在固-液相变过程中存在渗漏、导热系数低等瓶颈，而生物质基支撑材料的生产又面临高能耗碳排的困境。Bartin大学的研究团队独辟蹊径，首次将土耳其东部黑海地区特有的钝叶泥炭藓(Sphagnum palustre
)生物质(MB)作为支撑基质，结合月桂醇(LOH)和石墨烯(G)开发出新型复合PCMs，相关成果发表在《Materials Chemistry and Physics》。

研究采用熔融浸渍法制备复合材料，通过扫描电镜(SEM)观察微观结构，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学相容性，差示扫描量热法(DSC)测定相变特性，热重分析(TGA)评估热稳定性，并采用瞬态平面热源法测量导热系数。来自黑海地区的泥炭藓样本经干燥粉碎后直接作为支撑基质，避免了传统生物炭所需的高温碳化过程。

Morphology and chemical compatibility results
SEM显示泥炭藓具有50-200μm的多孔蜂窝结构，其纤维素/木质素骨架为LOH提供了理想的封装空间。FTIR谱图中MB的-OH(3420 cm^-1
)和LOH的C-O(1058 cm^-1
)特征峰共存且无位移，证实两者仅为物理结合。

Thermal properties analysis
DSC测试表明65% LOH负载量时，复合材料在19.30°C(熔化)和19.35°C(凝固)分别具有162.62 J/g和162.51 J/g的潜热值。添加4%石墨烯使导热系数从0.201 W/(m·K)提升至0.392 W/(m·K)，增幅达95.45%，但导致焓值降低约8%。

Thermal reliability tests
经过600次熔融-冻结循环后，复合材料仍保持98.7%的初始潜热值，且无肉眼可见渗漏。TGA显示其热分解起始温度(218°C)远高于建筑应用环境温度。

该研究开创性地将泥炭藓生物质直接用作PCMs支撑材料，相比传统生物炭工艺节省90%能耗。所开发的MB/LOH/G复合材料兼具高潜热(>160 J/g)、适宜相变温度(19-21°C)和优异循环稳定性，特别适用于石膏板、混凝土等建筑材料的温度调节。Ahmet Sar?团队通过天然多孔结构封装技术解决了挥发性LOH的渗漏难题，而石墨烯的梯度添加策略为平衡导热性与储能密度提供了新思路。这项研究不仅为生物质废弃物高值化利用开辟新途径，更为实现碳中和建筑提供了关键技术支撑。