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中科院寧波材料所劉小青研究員團(tuán)隊(duì) Prog. Mater. Sci.：基于可持續(xù)高分子的相變材料
2025-02-08  來(lái)源：高分子科技

  基于相變材料（PCMs）的潛熱儲(chǔ)存技術(shù)具有平衡用能時(shí)空差異、提高用能效率等作用，是緩解能源環(huán)境問(wèn)題的有力工具。使用多形式聚合物基體來(lái)封裝或化學(xué)鍵合PCMs有利于提升PCMs的熱/力性能和抗泄露性，并賦予其先進(jìn)功能性，但傳統(tǒng)聚合物的不可持續(xù)問(wèn)題已經(jīng)引起了各界的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，基于“原料可再生、棄料可回收”的可持續(xù)聚合物在用于復(fù)合PCMs（FSPCMs）方面進(jìn)展迅速，其不僅展現(xiàn)了可調(diào)的綜合性能，還表現(xiàn)出靈活的分子可設(shè)計(jì)性和本征功能性（如阻燃、抗菌等），并能夠顯著降低生產(chǎn)和使用過(guò)程的碳足跡。


  中科院寧波材料所劉小青研究員多年致力于可持續(xù)熱固性樹(shù)脂研究（Adv. Mater., 2024, 2311242; Prog. Polym. Sci., 2021, 113, 101353），創(chuàng)制了系列高性能生物基/可回收的熱固性樹(shù)脂及其結(jié)構(gòu)-功能復(fù)合體系，并發(fā)展了基于新型可持續(xù)熱固性樹(shù)脂的PCMs分子和復(fù)合PCMs框架材料（Chem. Eng. J., 2024, 499, 156318; Chem. Eng. J., 2023, 460, 141882; Compos. B. Eng., 2024, 272: 111233; Green Chem., 2021, 23, 8643）。通過(guò)設(shè)計(jì)可持續(xù)熱固性樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)，并利用其本征特性，還開(kāi)發(fā)了多種具有升級(jí)回收潛力和先進(jìn)功能的樹(shù)脂前驅(qū)體材料（Adv. Mater., 2022, 2209545; Adv. Mater., 2024, 2401920; Nano Energy, 2022, 100, 107477; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490-19502）。



  基于團(tuán)隊(duì)在可持續(xù)高分子和相變儲(chǔ)熱材料方面的研究基礎(chǔ)，近期，該團(tuán)隊(duì)在《Progress in Materials Science》上發(fā)表了題為“Integration of sustainable polymers with phase change materials”的綜述性論文。文章聚焦于可持續(xù)聚合物（生物基/可回收聚合物）基FSPCM的最新進(jìn)展（圖1），包括從生物基化學(xué)品到生物基聚合物基體的制備方法和封裝策略、性能升級(jí)和影響因素、多能利用和先進(jìn)應(yīng)用。同時(shí)，還總結(jié)了可回收聚合物基FSPCM的設(shè)計(jì)方法和回收策略，并對(duì)高效回收路徑提供了見(jiàn)解。此外，還提出了基于結(jié)晶分?jǐn)?shù)和熱穩(wěn)定性這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的相變性能分析視角，并總結(jié)了結(jié)構(gòu)-性能影響規(guī)律及其優(yōu)化策略。最后，從全生命周期的角度，提出了可持續(xù)聚合物基FSPCM的新興研究方向。


圖1. 可持續(xù)聚合物基FSPCM的設(shè)計(jì)策略、集成方法、影響因素和先進(jìn)應(yīng)用


圖2. 可持續(xù)聚合物基FSPCM的發(fā)展歷程


圖3. 從生物基化合物到生物基聚合物基FSPCM


圖4. 用于可回收聚合物基FSPCMs中的“不穩(wěn)定鍵”


圖5. 可持續(xù)聚合物基FSPCMs的新興研究方向


  劉敬楷副研究員為論文的第一作者，通訊作者為劉小青研究員，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所/海洋關(guān)鍵材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為唯一完成單位。項(xiàng)目得到了國(guó)家萬(wàn)人領(lǐng)軍計(jì)劃、浙江省萬(wàn)人計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金、寧波市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃/自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后基金會(huì)的支持。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101447

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