相变材料作为一类先进的能源存储技术,可在相变的过程中吸收或释放大量的潜热进行能量的有效存储与利用。但大多数有机相变材料具有定形能力差和热导率低的致命缺点,严重限制了其实际应用。一方面,研究人员通常通过物理共混方法将支撑材料和导热填料引入有机相变材料基体来制备高导热的定形复合相变材料,但引入的填料可能在反复相变的过程中出现沉降等不稳定现象,影响材料使用。另一方面,为了提高复合相变材料的性能,需要引入大量的功能材料,这样势必会取代部分工作介质,从而大大降低相变材料的储能密度。
与传统的二维杂化网络结构相比,使用三维结构材料预先构筑三维有序网络结构,能更加有效地改善复合材料性能,更大化地实现功能材料利用效率。近年来,随着纳米材料和纳米技术的发展,三维结构材料在导电、导热、电磁屏蔽、吸附、传感等先进功能材料的研究领域引起了广泛的关注。对于复合相变材料而言,采用三维结构材料作为支撑材料和导热骨架,能同时改善相变材料导热性能和形状稳定性,且能维持储能密度在较高水平。
本文首次系统总结了宏观三维结构材料用于制备高性能复合相变材料,重点讨论了结构设计思路和加工工艺-结构-性能之间的关系。同时,对基于有机相变材料能量转化的相关进展也进行了总结。论文在有机固-液相变材料的高性能化和多功能化以及加快相变储热技术的发展与应用方面具有积极意义。
Jie Yang, Li-Sheng Tang, Lu Bai*, Rui-Ying Bao, Zhengying Liu, Bang-Hu Xie, Ming-Bo Yang and Wei Yang*, High-performance composite phase change materials for energy conversion based on macroscopically three-dimensional structural materials, Mater. Horiz., 2019, 6, 250-273.