四川大学雷景新教授团队 AFM：利用动态半互穿网络结构设计可持续自愈合相变材料

2023-11-03 来源：高分子科技

传统的聚合物基形状稳定相变材料由于交联网络的存在导致结晶性能降低，从而使得焓值和焓值效率较低。半互穿网络形状稳定相变材料具有较高的焓值效率，但是一般无法进行再次回收应用，其应用受到限制。基于可持续发展成为全球共识，制备自愈能力和可持续相变组分的高效耐用的热能储存材料具有重要意义。

近期，四川大学高分子研究所、高分子材料工程国家重点实验室（四川大学）雷景新教授/符笑伟副研究员团队通过在半互穿网络结构中引入动态二硫化物交联聚氨酯网络和作为可持续相变组分的脂肪醇，开发了基于半互穿网络（semi-interpenetrating network，semi-IPN）的可持续自修复相变材料（SHPCM）（图1），实现了高焓值效率（约为100%）和优秀的自愈合能力（应变恢复效率为99%）。与固液相转变的脂肪醇相比，SHPCM的交联结构有效限制了相变组分脂肪醇在熔点以上温度如80℃的分子流动，从而避免应用过程中的泄漏。

图1. SHPCM的合成示意图及其化学结构表征。

合成SHPCM具有完全可逆的相变储能性能（图2a,b）、归一化潜热高（图2c）、相变过程中温度波动小（图2d,e）等优势。通过调节脂肪醇的种类和含量可以轻松调节SHPCM的潜热（61.6-144.3 J/g）和相变温度（29.2-64.2°C）。SHPCM呈现出好的结晶结构，这可以从其XRD结果中的高阶衍射峰得到证实（图2f），并且其球晶尺寸随着交联结构的增加而减小（图2g-i）。

图2. SHPCM的相变储能性能及其结晶结构。

SHPCM的热可靠性高、热稳定性好（明显高于相变温度），这可以从加速热循环后的FTIR、DSC和XRD结果（图3a-c）和热失重测试结果（图3d）得到证实。SHPCM呈现出固体般的流变性能，这些特点得益于半互穿网络结构的优势（图3e,f）。SHPCMs具有可调的机械应力（1.23-6.16 MPa）和应变（5.77-379.48%）（图3g-i）。更重要的是，经热刺激后，SHPCMs几乎可以完全自愈，活化能低至33.831 kJ/mol（图4），该工作进一步拓展了相变储能材料的潜在应用。

图3. SHPCM的热可靠性及其力学性能。

图4. SHPCM的自修复性能。

该工作以“Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure”为题发表在《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202312019）上。该工作的研究团队包括四川大学的博士或硕士研究生韦正楷、廖延圣、刘天仁、袁安钱、吴旭东以及江亮副研究员。本工作得到了高分子材料工程国家重点实验室（四川大学）“优秀青年人才”项目（sklpme2023-2-04）、成都市重大科技创新项目（2021-JB00-00009-SN）和四川省先进建筑材料产教融合创新示范平台的资助支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312019

下载：Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure

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（责任编辑：xu）

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