通过化学交联实现可穿戴热管理聚合物基相变复合材料

来源 | Nature Communications

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背景介绍

相变材料(PCMs)是一系列具有优异能量存储能力的材料，能够在接近恒定的温度下存储/释放大量潜热，使其在热管理技术创新中发挥不可或缺的作用。同时在应对环境污染和能源危机方面具有相当大的潜力。目前，有机固液PCMs(如石蜡、脂肪酸)因其稳定的理化性质、低腐蚀性和天然成本优势而备受关注。然而，这种传统的PCM存在泄漏问题，不理想的机械柔软性和韧性，不能满足复杂环境下柔性电子产品热管理应用中的戳、弯曲、扭曲和拉伸要求。为了解决基于PCMs的电子产品的上述问题并提高其广泛的适用性，通过在PCMs内部引入具有特征结构的适当载体来提高灵活性以适应苛刻的安装条件是面临的长期挑战。

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成果掠影

近期，上海交通大学李廷贤团队和西南交通大学袁艳平团队针对解决可穿戴式柔性热管理相比材料的泄露和刚性问题取得最新进展。该团队将具有高相变焓和低成本的(PW）作为储能介质固定在苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯烯烃嵌段共聚物（SEBS-OBC）形成的三维交联网络中。通过加上过氧化物诱导的化学交联效应，可以高效批量和快速制造PW@OBC-SEBS复合材料(即这里的F-FSPCMs)。由于OBC-SEBS对脆性和弹性改善的独特相互作用，F-FSPCMs的柔韧性得到了显著增强，断裂应变从23%增加到560%。此外，作为概念验证，设计了一个集成的便携式F-FSPCMs模块，并在重复循环过程中实现了恒温效果(39-42°C，持续43分钟)，从而证明了可穿戴热管理的独立式温度控制能力，有利于提高个人热舒适性。此外，F-FSPCMs还具有高达176.0 J/g的高潜热焓，优异的热稳定性和强疏水性，表明其在柔性电子产品可穿戴热管理的高功率密度应用中的潜在用途。研究成果以“Ultraflexible, cost-effective and scalable polymer-based phase change composites via chemical cross-linking for wearable thermal management”为题发表于《Nature Communications》。

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图文导读

图1. 制造PW@OBC-SEBS复合材料（F-FSPCMs）的流程示意图。

图2. F-FSPCMs交联响应的论证。

图3. PW、OBC和PW@OBC-SEBS复合材料(F-FSPCMs)的热性能。

图4. F-FSPCMs弯曲过程中OBC和SEBS链段的示意图。

图5. PW@OBC-SEBS复合材料(F-FSPCMs)的力学性能。

图6. PW@OBC-SEBS复合材料的热管理应用。

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