合适的温度对于人体的正常新陈代谢是不可或缺的。在没有其他防护措施的情况下，若人体长时间暴露于极端的寒冷环境中，将引发多种慢性疾病，甚至危及生命。人类消耗了大量能源来调节周围环境的温度。地球上约三分之一的能源用于建筑，其中一半以上用于借助空调、暖炉等来维持舒适的环境温度。因此，亟需开发一种高效、实用、便携的个人热管理材料。在众多个人热管理材料中，柔性导电高分子材料因其可穿戴性、适应性、轻质性，以及能够通过焦耳加热在低电压下实现高效加热的能力而备受关注，并且部分的导电材料具有光热性能。然而，由电能或光能产生的热量会在短时间内引起显著升温，而一旦去除电源或光源，则会导致温度的骤降。这种剧烈的温度波动会引起人体明显的不适感。因此，有必要在高温时储存热能，并在低温时释放，以维持合适的温度范围。相变材料能够在相变过程中吸收和释放大量潜热，从而减少温度波动，有望解决热能在时间和空间上的不匹配问题。因此，将相变材料引入柔性导电高分子材料中，是实现温度稳定性和舒适性的关键。然而，相变材料在液态时易发生泄漏，在固态时又较为刚性，这极大地限制了其在柔性器件中的广泛应用。因此，如何构建兼具高热能储释能力、柔性、电导性、焦耳加热和光热转换效率的多功能热管理器件，仍是一项巨大的挑战。

  华南师范大学周国富教授团队张振课题组制备了一种具有多功能的柔性相变复合材料（DBT），有高潜热、光热与焦耳热性能等多种性能。DBT薄膜通过将CNC/MF/PPy壳层的二十二烷（C₂₂）微胶囊（C₂₂-CMP，D）与聚吡咯包覆的细菌纤维素（BC/PPy，B）共同掺杂于热塑性聚氨酯（TPU，T）弹性体中，以溶液铸造的方式进行制备。制备所得的DBT薄膜表现出优异的性能，包括高潜热（64.3 kJ/kg）、热稳定性、光热转换能力（在1.0 W/cm2的近红外光与氙灯照射下分别达到88.2 和80 °C）、电导率（9.26 S/m）、焦耳热性能（在 5 V 电压下升温至48.1 °C）以及杨氏模量（12.9 MPa）。因此，DBT薄膜是一种非常有前景的柔性个人热管理材料。此外，得益于其光热转换能力、柔性、电导性和力学性能，DBT 薄膜还在太阳能热电发电和运动传感等应用中展现出良好潜力。

  该成果以“A versatile flexible film containing phase change microcapsules and polypyrrole/bacterial cellulose with high enthalpy, photothermal and Joule heating for personal thermal management”发表在《Chemical Engineering Journal》（中科院一区，JCR一区，IF 13.4）上，该论文的第一作者为华南师范大学华南先进光电子研究院2024届硕士毕业生魏强。本研究得到了浙江科技大学张学金、王立军、洛阳理工李雪、陈建军等老师的指导和大力帮助！

图1（A）C₂₂-CMP微胶囊、BC/PPy及多功能柔性DBT薄膜的制备示意图；（B）DBT薄膜在热能储存、光热转换、焦耳加热和运动传感等方面的应用。

图2（A）C₂₂-CM微胶囊；（B）C₂₂-CMP微胶囊；（C）PPy纳米颗粒；（D）BC纳米纤维；（E）BC/PPy纳米纤维和（F）DBT-334薄膜截面的SEM图像。

图3（A, B）C₂₂、C₂₂微胶囊及DBT薄膜的DSC曲线；（C）C₂₂、C₂₂微胶囊及DBT薄膜的相变温度；（D）C₂₂、C₂₂微胶囊及DBT薄膜的潜热值；（E）DBT薄膜相对于 C₂₂-CMP 微胶囊的焓值比以及DBT薄膜中C₂₂-CMP的质量分数对比；（F）TGA曲线；（G）C₂₂-CM微胶囊、（H）C₂₂-CMP微胶囊和（I）DBT-334薄膜在第一次和第100次加热-冷却循环下的DSC曲线；（J）C₂₂-CM微胶囊、（K）C₂₂-CMP微胶囊和（L）DBT-33薄膜在经历100次连续加热-冷却循环前后的焓值及其保持率（Rc）。

图4（A）DBT-334在不同强度808 nm近红外（NIR）激光照射下的温度变化；（B）DBT-334薄膜在不同NIR强度下的饱和温度；（C）DBT-334在1.6 W/cm2 辐照下连续15次加热/冷却循环中的温度变化曲线；（D）DBT-334在第5、10 和15次加热/冷却循环中的温度-时间曲线；（E）DBT-334薄膜表面在1.6 W/cm2 NIR长时间照射下的温度-时间变化曲线；（F）DBT-334在氙灯（1.0 W/cm2）照射下加热、在环境条件下冷却的10次光热循环曲线；（G）DBT-334薄膜在氙灯1.0 W/cm2 光照强度下的光热转换曲线；（H）STEG系统的实物图；（I）STEG的工作机制示意图；（J）将DBT-334薄膜贴附在人体模型膝盖部位，在0.4 W/cm2 NIR 照射下持续10秒后的实物照片与红外热成像图。

图5（A）DBT复合材料的电导率；（B）以蓝色LED灯作为导电指示器演示DBT-334导电性能的实物图；（C）DBT-334复合薄膜在不同施加电压下的时间-温度曲线；（D）DBT薄膜加热过程中最高温度与电压平方（U2）之间的关系曲线；（E）DBT-334在不同电压下的电流变化；（F）在7 V下的电-热循环测试曲线；（G）DBT薄膜在7 V电压下长时间通电过程中的表面温度变化；（H）步进电压切换过程中温度的变化曲线；（I）DBT薄膜在5 V 输入电压下贴附于手部的实际加热应用示意图。

图6 DBT-334的动作传感检测功能。（A）DBT-334薄膜在不同压力下的灵敏度；DBT-334在监测（B）手指、（C）手腕、（D）手肘和（E）膝盖弯曲过程中的电阻变化。

图7（A）DBT-334薄膜的弯折、折叠、卷绕、扭转和拉伸测试；（B）DBT薄膜样品的拉伸应力-应变曲线；（C）DBT薄膜的杨氏模量和极限强度；（D）C₂₂、C₂₂-CM、C₂₂-CMP和DBT-334在70 ℃条件下加热不同时间后的实物照片；（E）DBT-334在70 ℃烘烤3小时前后的实物照片。

  本研究设计了一种具有高潜热、光热转换和焦耳热性能的多功能柔性相变薄膜（DBT）。该多功能薄膜通过简便的溶液铸膜法，将C₂₂-CMP微胶囊与BC/PPy纳米纤维引入TPU基体中构建而成。C₂₂-CMP微胶囊是通过在CNC稳定的C₂₂ Pickering乳液液滴表面原位生成MF和PPy壳层制备而成。CMP材料构成的杂化壳层不仅有效防止了C₂₂的泄漏，还赋予了微胶囊优异的光热转换性能、热稳定性和导电性。PPy通过氧化聚合反应包覆于BC表面，所获得的BC/PPy纳米纤维因其高长径比与良好导电性，被用作TPU的导电性纳米填料。在DBT薄膜中，C₂₂-CMP微胶囊与BC/PPy纳米纤维均匀分散并嵌入TPU基体。所得的DBT-334薄膜具有优异的综合性能，可用于个人热管理、太阳能热电发电和人体动作监测等领域。

  原文链接：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725028621

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162036

  https://authors.elsevier.com/a/1krnw4x7R2o0iD