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在能源的开发﹑转换﹑运输和利用过程中，在供应和需求之间往往存在着数量﹑形态和时间上的差异。利用相变材料高效地收集热能在热管理和储能应用方面具有巨大的潜力，通过吸收周围环境和太阳光热和工业废热，并用于合适的场景；电子器件和动力电池在温度过高或过低时出现热失控和性能受限，在其周围形成温度改变缓慢的微气候，从而实现快速调节温度的功能。然而固液相变过程容易泄漏和较低的导热系数是限制固-液相变材料大规模广泛使用的两个长期存在的瓶颈。
近日，哈尔滨工业大学赫晓东教授、矫维成教授研究团队提出了一种通过乳液聚合和化学还原将相变材料封装在石墨烯中来合成微球结构复合相变材料的策略。相关研究成果以“Microsphere Structure Composite Phase Change Material with Anti-Leakage, Self-Sensing, and Photothermal Conversion Properties for Thermal Energy Harvesting and Multi-Functional Sensor”为题发表在Advanced Functional Materials上（DOI：10.1002/adfm.202209345）。
石墨烯片层相互连接组成了微球外壳，进一步构建了高效的导热和导电网络，由此产生的微球相变复合材料表现出冷热循环后不泄露和优越的相变行为，同时还可以感知温度变化和水滴下落等外界环境，可轻松地将其设计成温度监测装置。此外，还可以将电能转化为热能，实现相变材料温度的快速升高；在微球结构中引入聚多巴胺，提高了相变材料的光热转换效率，同时还可感知外界光源的照射，为热能来源单一的问题提供了一种有效的途径。这种方法为相变材料在热能储存和热管理等领域的光热集成概念和智能化感知提供了新思路。
图1. 石墨烯封装石蜡的微球结构相变复合材料（来源：Advanced Functional Materials）
图2. 相变微球的自感应能力和多功能应用（来源：Advanced Functional Materials）
论文的通讯作者为哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所矫维成教授，第一作者为航天学院复合材料与结构研究所博士研究生郭红缘。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划课题和深圳市科技计划的支持。
近年来，该课题组在碳纳米复合材料微结构设计与可控制备及功能性研究方面还取得了多项研究成果。前期已成功设计并制备了超浸润性可逆转化的微纳分级材料（J. Mater. Chem. A.2017, 5, 17325；Adv. Funct. Mater.2018, 28, 1706686）及新型防/除冰复合材料（J. Mater. Chem. A.2021, 9, 9634；Chem. Eng. J.2021, 421, 129873; Chem. Eng. J.2022, 434, 134710）。
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