我所研发出柔性复合相变材料膜并应用于可穿戴光-热管理器件

  近日,我所热化学研究组(DNL1903)史全研究员团队在柔性相变材料研究方面取得新进展,通过简单易行的策略合成了石墨烯基的复合相变材料膜,并将其应用于可穿戴的光-热管理器件。该复合相变材料膜具有优异的柔韧性、储热能力、光热转化能力,为智能可穿戴光-热管理器件的研究提供了新思路。

  相变储能材料能够在相对恒定的温度下吸收和释放大量相变潜热,目前广泛应用于热能储存和温度控制的热管理领域。然而,传统相变材料本身固有的液态泄漏、弱吸光能力以及固态刚性使其在可穿戴的智能光-热转化器件研究中极具挑战性。

  针对该问题,史全团队以聚合物和石墨烯为原料合成了具有优异柔韧性的复合石墨烯膜,并将相变材料复合其中得到柔性的复合相变材料膜。该复合相变材料膜具有优秀的形状稳定性,即使在高于相变温度时仍然保持固态而不发生泄漏;同时,该复合相变材料膜具有高相变材料负载量,表现出优异的储热能力,即使经过500个热循环和弯曲循环仍然保持稳定;此外,该复合相变材料膜具有出色的光-热转化能力,可迅速将太阳能转化为热能储存,转化效率最高可达96%。研究人员进一步将该复合相变材料膜贴到人体模型表面,结果表明在弯曲状态其仍然表现出稳定的光-热转化性能。该复合相变材料膜表现出可应用于人体可穿戴光-热管理领域的潜力,为可穿戴智能织物的开发提供了新的方向。

  相关研究成果以题为“Flexible Graphene Aerogel-based Phase Change Film for Solar-thermal Energy Conversion and Storage in Personal Thermal Management Applications”发表在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)上。该工作的第一作者为我所DNL1903的2018级博士研究生孙克衍。上述研究工作得到我所创新基金、国家自然科学基金等项目的资助。(文/图 孙克衍)

  文章链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129637

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