基於多孔載體的有機定性相變材料在一定的工作溫度範圍內🗼，可穩定進行太陽能獲取與轉換，在太陽能光熱利用中展現了良好的特性而備受關註🦻🏻，具有高熱導率、親和性、光子捕獲能力的三維網絡結構在提供良好的光吸收、導熱及光熱轉換性能的同時，可以有效的防止相變材料泄露，可望在太陽能高效光熱利用中展現獨特的優勢🫄🏼。

　　近日，上海先進熱功能材料工程技術研究中心謝華清教授、於偉教授團隊采用自組裝定向冷凍幹燥製備了含有少量碳納米管（CNTs）和碳球（CSs）的黑色氧化石墨烯氣凝膠(B-GA)🚴‍♀️，以其為支撐材料🪣，采用真空浸漬法得到了具有三維互穿網絡的聚乙二醇復合相變材料B-GA-PCM。結果表明🌩，三維結構和豐富的官能團大大提高了復合相變材料的穩定性，CNTs和CSs的加入大大提高了PCMs的導熱性和光熱轉換能力🙅🏻‍♀️。與純PEG相比🧛🏿，熱導率提高了181.58%，光熱轉換效率可達89.3%🏋🏼‍♀️🦹🏻‍♂️。通過數值模擬也進一步證實，基於GA的相變復合材料表現出更好的導熱性👱。此外🤞🏼，三維相變復合材料還應用於熱差發電，在移除光源後300 s內仍可保持35 mV的穩定輸出電壓👰🏼。相關研究結果如下圖所示：

圖1 GA-PCM和B-GAPCM製備示意圖

　

圖2(a) PEG😊、GA-PCM、CNT-GA-PCM和B-GA-PCM的熱導率比較；(b)GA-PCM和B-GA-PCM在加熱板上不同時間點加熱和冷卻階段的紅外相機圖像👨🏽‍🌾；(c)溫度分布雲圖

　　如圖2a所示💁‍♀️，純PEG的熱導率約為0.38 W/mK，B-GA-PCM的熱導率增加了181.58%，高於GA-PCM和CNT-GA-PCM📄。這是因為在B-GA-PCM中，CNTs穿插在GA中，形成一個更好的熱傳導網絡，CSs進一步填補了熱傳導網絡的間隔🙅‍♂️，並提供了更大的可變區域，這有利於吸附更多的PEG。為了更直觀地比較兩種PCM復合材料的導熱性，應用Ansys19.2對樣品在加熱板上的傳熱性能進行了數值模擬。結果如圖2c所示，B-GA-PCM的傳熱速度明顯高於GA-PCM✴️，驗證了上述實驗結果🚣🏻‍♀️。

　

圖3 (a) GA-PCM、B-GA-PCM和PEG的光熱轉化曲線🏋️‍♂️；(b)GA-PCM和B-GA-PCM的光熱轉換效率☂️；(c)太陽能-熱-電轉換裝置；(d)移除光源後的電壓變化

　　在模擬陽光下，B-GA-PCM的溫度升高很快😆，從25℃升高到50℃僅需200s。此外，連續光照1000s後，B-GA-PCM的溫度達到70℃，遠高於PEG的相變溫度☸️，而純PEG的溫度僅達到43℃，無法達到其熔點。經計算👱🏿‍♀️，GA-PCM和B-GA-PCM的光熱轉換效率分別為53.2%和89.3%，證實了CSs和CNTs的引入大大提高了GA-PCM的光熱轉換效率📻。在太陽能-熱-電轉換測試中，當相變復合材料吸收了大量的光能後🫴🏻，氙氣弧光燈關閉，萬用表上仍能檢測到一段時間的電壓，如圖3d所示。這一現象表明，相變復合材料有效地吸收了光能，並將其轉化為熱能，為熱差發電提供了可能性💊。

      以上成果發表在ACS Applied EnergyMaterials上，沐鸣平台研究生包誌傑為第一作者💆🏽‍♂️，沐鸣平台能源與材料工程沐鸣邴乃慈副教授、於偉教授為共同通訊作者🕸。Three-DimensionalInterpenetrating Network Phase-Change Composites with High PhotothermalConversion and Rapid Heat Storage and Release,https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01061