能源的高效储存和转换是伴随人类活动永恒的话题。在过去40年里，世界能源消费量增长约80%，据能源分析预测，到2040年，能源利用率将增长48%，因而可再生能源的开发使用以及提高能源利用效率突显了其紧迫性。在此背景下，相变材料（PCM）因其在热能储存（TES）、温度调节、柔性电子器件和光热转换方面的广阔应用前景而引起了广泛关注。它们可通过相变实现太阳能和工业废热等清洁能源的捕获、收集和利用。然而，当前的PCM仍然面临着制备复杂结构设计和功能局限性的制约。现有的复合PCM严重依赖高填料含量，这难免会降低机械性能，导致材料更硬、更脆。此外，引入光热或电加热或传感功能到复合PCM材料中，在单个系统中实现广泛的可定制功能也具有很大的挑战性。随着技术的不断创新和多样化应用，释放PCM的全部潜能吸引了大量的研究工作。简言之，开发具有可定制功能和耐用的PCM极具应用价值。

  在前期研究工作中，广西大学徐传辉教授课题组通过调节功能层的填料，设计了具有电/光热升温功能的柔性可穿戴相变复合材料用于个人热管理与人体运动检测（Chem. Eng. J. 2024, 486, 150443, 第一作者广西大学硕士生罗天文）。此外，通过自组装策略，利用阿拉伯胶（GA）同时实现了相变材料聚乙二醇（PEG）的封装和羧基化多壁碳纳米管（cMWCNT）在柔性聚乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）基质中的靶向分布（Adv. Mater. 2024, 36, 2411820，第一作者广西大学博士生罗天文）。近期，他们在前期工作的基础上，受人体皮肤层间互锁结构的启发，通过调节柔性WPU（水性聚氨酯）基衬底的粗糙度和相分离，制备了具有可定制光热/电热/磁响应/热管理功能的柔性相变复合材料。

1.D-x膜的制备

  首先使用成膜法作为基底制备了基于WPU、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和cMCNT的具有相分离结构的导电薄膜。相变层是一种柔性复合材料，以EVA为基体，PEG为相变材料，PVP为增强剂。通过在固体基底上浇注PCM复合乳液以实现界面互锁，制备了双层相变薄膜D-x膜。研究发现，经过水处理后，基材的表面变得更粗糙，增加到~2.71μm（初始值的303.8%）。因此，粗糙的表面有利于复合膜的层间的机械互锁。

图1 D-x膜的制备

2.D-x膜的热性能

  通过添加导电填料，在WP-c衬底中构建了导热网络，可以快速传输声子。将EP50P6和D-0.2放置在热源上，观察红外相机下的表面温度变化。研究发现，由于导电层的高导热性，D-0.2可以快速消散界面热量，表现出较低的加热速率。薄膜的最高表面温度相差4.2℃。

图2 D-x膜的热性能

3.D-x膜的光热性能

  研究表明，D-x薄膜实现了高光热转换效率（～78.15%），在多功能柔性器件中具有广阔的应用前景。值得注意的是，D-0.2与太阳能热电发电机（STEG）的结合能够实现稳定持久的能量输出（高达1.2V）。在光源停止照射期间，该设备仍然具有长达37秒的连续电压输出的能力（维持在～56 mV）。

图3 D-x膜的光热转换性能及热电应用

4.D-x膜的拓展应用

  纳米填料作为双层PCM膜“表皮”上的功能性“细胞”，通过“生长”不同的皮肤表皮来实现可定制的功能。结果证实，该方法具有广泛的适用性，赋予柔性PCM磁性和防晒功能。

图4 D-x膜的功能拓展应用

  该研究以“Inspired by the “Interlocking” Structure in Human Skin: A Universal and Efficient Interfacial Strategy Enabling Flexible Phase Change Materials with a Wide Scope of Customizable Functionalities”为题发表于《Advanced Functional Materials》，通讯作者为广西大学徐传辉教授，第一作者为广西大学化学化工学院2024级博士研究生罗天文。该研究工作得到了广西自然科学基金重点项目、广西重大人才项目和广西研究生教育创新计划资助项目的支持。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512674