北化汪晓东教授团队 Small：MXene薄膜与可回收聚乙二醇–磷腈共聚物整合多用途固–固相变材料的设计与构建

2024-10-24 来源：高分子科技

相变材料（PCM）因其可逆相变以储存和释放大量热能的能力，在热能储存和管理方面展现了巨大的应用潜力。然而，传统的固–液相变材料在熔融状态下存在流动性和泄漏问题，限制了其在先进功能器件及领域的应用，开发防泄露的固–固相变材料成为解决上述问题的关键手段。

图1 多用途可回收固–固PCM的形成机理、结构特征和性能特征

近期，北京化工大学汪晓东教授团队开发了一种具有双层结构的新型多功能固–固相变复合材料（图1），该复合材料基于Zn²⁺交联的聚乙二醇-聚磷腈固–固相变材料作为下层、MXene薄膜作为上层的双层结构。首先采用聚乙二醇单甲醚作为相变组分和聚磷腈作为聚合物网络骨架进行缩聚制成共价键连接共聚物（PCEPN），然后用Zn²⁺对其交联形成可固–固相变的PCEPN-Zn，并作为复合材料的相变功能层。PCEPN-Zn的交联结构是通过PCEPN上的羧基与Zn²⁺之间的金属配体配位形成的，这使得在加热过程中PCEPN-Zn中的动态键能够同时断裂和重组。这种特征结构可以在经过多次热压处理后保持PCEPN-Zn的原始化学、热和机械性能。开发的PCEPN-Zn不仅具有高潜热容量、优异的形状稳定性、良好的热稳定性和高热可靠性，而且具有优异的自愈能力、良好的可回收性和高粘附性。该双层结构的固–固相变复合材料可以任意塑性（图2a）并粘附在各种物体的表面，如玻璃、塑料、橡胶、陶瓷、木材和铁（图2b），适用于各种应用场景。本研究所设计构建的双层多功能PCEPN-Zn/MXene薄膜固–固相变复合材料可以通过简单的粘合轻松组装。另一方面，MXene薄膜具有低发射率、良好的光吸收率和优异的阻燃性等特点。通过结合PCEPN-Zn和MXene薄膜的优异功能，所获得的双层多功能固–固相变复合材料在计算机CPU和锂离子电池的热管理（图2c）、高温物体的热红外隐身和临床热疗等方面具有广泛的应用前景。本研究为用于热能储存和热管理应用的下一代可持续多功能材料的研发提供了新的设计思路。

图2 相变材料可变形性、易粘附性及电池热管理性能

该工作以“Integrating MXene Film with Recyclable Polyethylene Glycol-co-Polyphosphazene Copolymer as Solid-Solid Phase Change Material for Versatile Applications”为题发表在国际知名学术期刊《Small》上。北京化工大学材料科学与工程学院博士研究生王永康、林呼斯图和黄梅杰为论文的共同第一作者，汪晓东教授、吴战鹏教授和刘欢副教授为本论文的共同通讯作者，北京化工大学为唯一完成单位。该研究得到了北京市自然科学基金和北京化工大学有机无机国家重点实验室开放基金联合支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202407626

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（责任编辑：xu）

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