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四川大學雷景新教授團隊 AFM：利用動態(tài)半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計可持續(xù)自愈合相變材料
2023-11-03  來源：高分子科技

  傳統(tǒng)的聚合物基形狀穩(wěn)定相變材料由于交聯(lián)網(wǎng)絡的存在導致結(jié)晶性能降低，從而使得焓值和焓值效率較低。半互穿網(wǎng)絡形狀穩(wěn)定相變材料具有較高的焓值效率，但是一般無法進行再次回收應用，其應用受到限制。基于可持續(xù)發(fā)展成為全球共識，制備自愈能力和可持續(xù)相變組分的高效耐用的熱能儲存材料具有重要意義。



  近期，四川大學高分子研究所、高分子材料工程國家重點實驗室（四川大學）雷景新教授/符笑偉副研究員團隊通過在半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中引入動態(tài)二硫化物交聯(lián)聚氨酯網(wǎng)絡和作為可持續(xù)相變組分的脂肪醇，開發(fā)了基于半互穿網(wǎng)絡（semi-interpenetrating network，semi-IPN）的可持續(xù)自修復相變材料（SHPCM）（圖1），實現(xiàn)了高焓值效率（約為100%）和優(yōu)秀的自愈合能力（應變恢復效率為99%）。與固液相轉(zhuǎn)變的脂肪醇相比，SHPCM的交聯(lián)結(jié)構(gòu)有效限制了相變組分脂肪醇在熔點以上溫度如80℃的分子流動，從而避免應用過程中的泄漏。


圖1. SHPCM的合成示意圖及其化學結(jié)構(gòu)表征。


  合成SHPCM具有完全可逆的相變儲能性能（圖2a,b）、歸一化潛熱高（圖2c）、相變過程中溫度波動。▓D2d,e）等優(yōu)勢。通過調(diào)節(jié)脂肪醇的種類和含量可以輕松調(diào)節(jié)SHPCM的潛熱（61.6-144.3 J/g）和相變溫度（29.2-64.2°C）。SHPCM呈現(xiàn)出好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這可以從其XRD結(jié)果中的高階衍射峰得到證實（圖2f），并且其球晶尺寸隨著交聯(lián)結(jié)構(gòu)的增加而減小（圖2g-i）。


圖2. SHPCM的相變儲能性能及其結(jié)晶結(jié)構(gòu)。


  SHPCM的熱可靠性高、熱穩(wěn)定性好（明顯高于相變溫度），這可以從加速熱循環(huán)后的FTIR、DSC和XRD結(jié)果（圖3a-c）和熱失重測試結(jié)果（圖3d）得到證實。SHPCM呈現(xiàn)出固體般的流變性能，這些特點得益于半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢（圖3e,f）。SHPCMs具有可調(diào)的機械應力（1.23-6.16 MPa）和應變（5.77-379.48%）（圖3g-i）。更重要的是，經(jīng)熱刺激后，SHPCMs幾乎可以完全自愈，活化能低至33.831 kJ/mol（圖4），該工作進一步拓展了相變儲能材料的潛在應用。


圖3. SHPCM的熱可靠性及其力學性能。


圖4. SHPCM的自修復性能。


  該工作以“Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202312019）上。該工作的研究團隊包括四川大學的博士或碩士研究生韋正楷、廖延圣、劉天仁、袁安錢、吳旭東以及江亮副研究員。本工作得到了高分子材料工程國家重點實驗室（四川大學）“優(yōu)秀青年人才”項目（sklpme2023-2-04）、成都市重大科技創(chuàng)新項目（2021-JB00-00009-SN）和四川省先進建筑材料產(chǎn)教融合創(chuàng)新示范平臺的資助支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312019

  下載：Design of Sustainable Self-Healing Phase Change Materials by Dynamic Semi-Interpenetrating Network Structure

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（責任編輯：xu）
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