《Microchemical Journal》：Multifunctional lamellar aerogel phase-change composites for integrated thermal management, electromagnetic shielding and photothermal conversion
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•层状碳气凝胶限域聚乙二醇以实现稳定的热存储。•该复合材料的熔融焓为170.25 J g?1，泄漏率低于2%。•碳网络使导热系数较纯聚乙二醇提高了30.9%。•该复合材料具有21.20 dB的电磁屏蔽效能和光热稳定性。引言随着电子设备、储能系统和太阳能光热技术的快速发展，高效
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层状碳气凝胶限域聚乙二醇以实现稳定的热存储。
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该复合材料的熔融焓为170.25 J g?1，泄漏率低于2%。
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碳网络使导热系数较纯聚乙二醇提高了30.9%。
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该复合材料具有21.20 dB的电磁屏蔽效能和光热稳定性。
引言
随着电子设备、储能系统和太阳能光热技术的快速发展，高效的热管理对于维持运行稳定性、安全性和能效变得越来越重要[1]、[2]、[3]。局部热量积聚可能加速设备老化，降低能量转换效率，甚至在高温系统中带来安全风险[4]、[5]。相变材料（PCM）通过在固相和液相之间可逆切换，能够吸收、储存并随后释放大量热能，使其成为被动热调控的理想选择[6]、[7]。聚乙二醇（PEG）因其适宜的相变温度、较大的潜热容量、良好的化学稳定性和经济性而备受关注[8]、[9]、[10]。然而，纯PEG存在固有缺陷，包括熔融后液态泄漏、导热系数低和对太阳光吸收弱等问题[11]、[12]、[13]。这些缺点限制了其在动态热管理场景中的实际应用，这些场景需要同时满足快速传热、稳定形状保持和高效能量收集的要求。
为克服这些局限性，研究人员开发了一系列多孔支撑基质，如碳气凝胶、石墨烯框架、碳纳米管网络、生物质基支架和聚合物多孔结构，用于限域PEG并构建形状稳定的复合相变材料（CPCM）[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]。这些框架可通过毛细力、界面吸附和物理限域来抑制泄漏。导电填料，包括还原氧化石墨烯和碳纳米管，也已被引入以提高导热系数和光热转换效率[22]、[23]、[24]、[25]。近期的研究进一步表明，非对称相变结构可以调控方向性热传输，而混合辐射/相变冷却策略可以为电子设备提供有效的热调控[26]、[27]。界面工程化的各向异性多孔支架也已被应用于多功能CPCM中，将潜热储存、方向性热传递和高效光热转换集成在一起[28]。
同时，紧凑电子系统的集成度不断提高，要求热管理材料提供额外的功能，特别是电磁干扰屏蔽[29]、[30]、[31]。然而，许多已报道的PEG基CPCM仍面临高潜热与结构稳定性之间的权衡问题。此外，热传导、光热转换和电磁屏蔽通常是分别优化的，而非集成在一个合理设计的结构中[32]、[33]、[34]。因此，构建一种同时实现高热存储容量、低泄漏、改善热传递、宽光谱光吸收和有效电磁波衰减的多功能PEG基CPCM仍然具有挑战性。
本文通过将羧基化多壁碳纳米管、羧甲基纤维素钠和还原氧化石墨烯集成到定向多孔支架中，经碳化和真空浸渍PEG，设计了一种多功能层状气凝胶限域PEG复合相变材料。定向冷冻铸造的层状气凝胶为PEG负载提供了连续通道，通过毛细限域抑制泄漏，并通过互联的碳基路径实现热传递和电磁衰减。结构表征证实PEG被物理限域在气凝胶支架内，未破坏其晶相。对于最优化的PEG@((MWCNT-COOH)-CMC-rGO)，其熔融焓和结晶焓分别为180.90和170.25 J g?1。其导热系数为0.449 W m?1 K?1，较纯PEG提高了30.9%。此外，该复合材料表现出良好的形状稳定性，在12–18 GHz范围内具有吸收主导的21.20 dB电磁屏蔽效能，以及在模拟太阳辐射下三个照射周期的可重复光热响应。本研究为开发用于集成热管理、电磁防护和太阳能光热利用的多功能CPCM提供了一种结构策略。
章节摘要
材料
氧化石墨烯（GO）购自常州第六元素材料科技有限公司。L-抗坏血酸（L-AA）、羧甲基纤维素钠（CMC）、羧基化多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）和聚乙二醇（PEG-8000）购自上海阿拉丁试剂有限公司。实验中使用去离子水。无水乙醇购自天津高宇精细化工有限公司。所有化学品均为分析纯，
微观结构表征
在CPCM中，层状支撑支架对于高PEG负载、形状稳定性和高效热传递至关重要。随后采用扫描电子显微镜（SEM）来观察气凝胶的形貌。如图2a–c所示，气凝胶沿冷冻方向呈现出对齐的层状多孔结构。随着放大倍数增加，通道尺寸和孔壁间距变得更加清晰。这证实了有序各向异性支架的形成。该结构
结论
总之，通过将PEG限域在rGO/MWCNT-COOH/CMC气凝胶支架中，开发了一种层状PEG基复合相变材料。定向构建的多孔框架提供了毛细限域、连续传热路径和电磁衰减位点，从而解决了热量积聚、泄漏、电磁干扰和太阳能光热利用等耦合挑战。最优化的PEG@((MWCNT-COOH)-CMC-rGO)实现了高潜热储存，熔融
CRediT作者贡献声明
李诗航：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，调查研究。刘长城：撰写——审阅与编辑，可视化，指导，获取资金。王圣思：指导，调查研究。李国辉：可视化，获取资金。陈钦培：指导，方法论。丁洪远：指导，方法论。陈国锋：资源，项目管理。赵军超：资源，方法论。黄阙：撰写——审阅与编辑，指导，
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究受国家自然科学基金（12472370和12202410）、应急管理部工业和公共建筑消防安全技术重点实验室开放项目（编号2025KLIB01和2025KLIB02）、天津市航空消防系统重点实验室资助（FH2025-KF05和JDKJ-2026-05-0008）以及中国科学技术协会青年拔尖人才支持计划（YESS）资助
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