定形相转变材料的研究进展

肖 伟， 王新灵， 郑 震

(上海交通大学 化学化工学院， 上海 200240)

0 前言

一般来说，热能储存有3种主要方式：化学储热、显热储热和潜热储热。相转变材料(PCM)是指相转变过程中能够吸收或者释放热量的一种潜热储能材料。与其他热能储存方式相比，由于PCM在相变过程中温度变化小、循环稳定性高、储热密度高等优点，得到了业界广泛的关注和研究[1]。根据相转变过程的不同，PCM主要分为固-固相变和固-液相变两大类。其中，固-液相变材料是目前应用较多的主要相变储热材料。

当固相向液相发生转变时，传统的固-液相变材料会出现液体泄漏的情况，这一方面导致了储热能力下降，另一方面也带来环境破坏的问题。为此，科研人员对PCM进行多种处理，希望得到形态稳定的复合PCM，即定形相转变材料(FS-PCM)。FS-PCM通常由起储热作用的PCM和起定形作用的支撑材料两部分组成。根据支撑材料的不同，制备FS-PCM的方法也各不一样。目前，正逐步开发应用无机多孔吸附PCM、高分子网络定形PCM和微胶囊化封装PCM。

1 无机多孔吸附PCM

无机多孔吸附PCM是以无机多孔材料为基材，在材料孔隙中吸附液体PCM，制备形状稳定的FS-PCM。多孔材料要求与被吸附的PCM有良好的相容性，不易发生脱离。常用的无机多孔材料有碳材料和黏土矿物两大类。碳材料包括石墨烯、石墨纳米微球、氧化石墨烯、碳纳米管、活性炭等[2]；黏土矿物包括高岭土、硅藻土、蒙脱土、珍珠岩、蛭石(EV)等[3]。

ZHANG Z G等[4]通过将石蜡(PW)吸附到膨胀石墨(EG)中制备了PW质量分数为85.6%的复合PCM。由于EG的表面张力和毛细作用力，复合PCM中PW呈均匀分布，在相转变过程中没有发生泄漏。LEE S Y等[5]先制备了一系列不同层间距的EG，再将这些EG与赤藓糖醇相结合，制备赤藓糖醇/EG复合PCM。结果表明：随着EG层间距的增大，EG间的空隙对赤藓糖醇的吸附能力更强，复合PCM的潜热增大。在此基础上，YUAN M D等[6]改进了制备工艺，采用浸渍、压缩、烧结三步法，制备了5种EG质量分数分别为5%、8%、10%、12%和15%的赤藓糖醇/EG复合PCM。结果表明：含有质量分数为10%EG的复合PCM综合性能最优，潜热为212.5 J/g，导热系数是纯赤藓糖醇的17.4倍，达到12.5 W/(m·K)。

NOFAL M等[7]采用激光逐层烧结的方法，将PW和EG在微观尺度上结合，形成具有良好导热性的PW/EG复合PCM。PW被熔化后，在毛细管作用力下浸渍到EG的颗粒间孔隙中，形成了稳定的复合PCM。结果表明：该复合PCM的导热系数为0.83～0.92 W/(m·K)，潜热为150～156 J/g，极限抗拉强度达到2.2～3.3 MPa，平均弹性模量达到808～880 MPa，实现了三维打印在制造新型FS-PCM中的应用结合。

LIU Y S等[8]将Na2CO3·10H2O-Na2HPO4·12H2O共晶水合盐吸附进EG和膨胀氧化石墨(EGO)里，用浸渍法制备出2种稳定的复合PCM。实验主要研究了不同化学结构的EG对复合PCM的热性能的影响，结果表明：EGO比EG表面含氧基团更多，层间距更大，制备的EGO/水合盐体系的潜热更大，导热性能也获得了相应提升；但水合盐类PCM在相转变过程中易发生相态分离，在实际应用中仍有一定缺陷。

YE S B等[9]将氧化石墨烯片还原并自组装成三维石墨烯气凝胶，通过水热法将PW以微米级液滴的形式同时封装到石墨烯气凝胶内，制备了PW/石墨烯气凝胶PCM。XU Y等[10]制备了含有质量分数为5%氧化石墨烯气凝胶的PW基复合PCM，研究了氧化石墨烯气凝胶对PW的增强效果。结果表明：该复合PCM的强度是纯PW的3～7倍，力学性能获得了极大提升；但是石墨烯气凝胶的制备过程复杂，该研究结果距离实际应用仍有一定差距。

除了化学碳材料外，生物碳材料也可以用作支撑材料。例如，碳化植物秸秆也具有类似的多孔结构，可以用来制备复合PCM。WEN R L等[11]利用农作物秸秆和向日葵秸秆等材料吸附有机PCM，制备的FS-PCM具有良好的热性能。GU X B等[12]将胡椒秸秆在300 ℃下碳化60 min，再在600 ℃下放置30 min，获得碳化胡椒秸秆，采用直接浸渍法制备了棕榈酸(PA)/碳化胡椒秸秆FS-PCM，潜热为95.5 J/g，并在100个循环后保持稳定(见图1)。

图1 PA/碳化胡椒秸秆FS-PCM的制备示意图

WAN Y C等[13]以松果生物碳为基体，采用真空浸渍法制备了具有良好性能的PA/松果生物碳PCM，对其形貌、组织和热性能进行了研究。结果表明：由于PA与松果生物碳之间的毛细力和表面张力，PA在多孔结构的松果生物碳中吸附良好，且不发生化学反应，PA/松果生物碳PCM的熔融焓和冻结焓分别为84.7 J/g和83.8 J/g；与纯PA相比，该复合PCM的导热系数提高了43.76%。但是，该生物碳材料的结构特点和不成熟的制备工艺，不利于制备FS-PCM，而且PA/松果生物碳PCM的相变焓过低，需要进一步研究探索。

SONG S K等[14]通过将月桂酸(LA)包埋到木棉纤维(KF)微管中，再通过聚多巴胺模板还原，将纳米银(Ag)粒子镀膜在KF表面，提供导热通路，获得了一种高导热、高储热的新型微管包埋相变材料(MTPCM),其扫描电子显微镜(SEM)图见图2。结果表明:LA/KF/纳米Ag的复合PCM相变温度为44.1 ℃，潜热为146.8 J/g，可以达到原LA储热量的82.7%；同时，材料能够在自身500倍重力的压力下不泄漏，纳米Ag粒子的引入使得导热系数显著提高。

(a) KF(20 μm)

(b) KF(10 μm)

(c) KF/Ag(10 μm)

(d) KF/Ag(200 nm)

另一方面，黏土矿物具有良好的吸附性能和较高的导热系数，也可以用于改善泄漏和增强PCM的导热。LI C等[15]通过真空镀膜法制备了PW/高岭土复合PCM。在真空条件下，将PW包覆在3种结构的高岭土表面，研究了复合PCM孔径结构与储热性能之间的关系。KONUKLU Y等[16]采用直接浸渍法制备了PW/硅藻土复合PCM，研究了不同纳米结构的硅藻土对PW的吸附效果，最高吸附率可以达到32%，潜热为53.1 J/g，并且在95 ℃下无泄漏。但是，这些方法制备的FS-PCM由于其PCM负载率低、相变焓较低，已被逐渐淘汰。

SHANG J L等[17]采用真空浸渍法，分别以水合盐、PW和月桂醇为PCM，在不同的真空度、渗透时间和注入量等条件下，制备了海泡石复合PCM。3种PCM的最大质量分数依次为25.46%、61.66%和65.83%，其中，PW/海泡石复合PCM的相变焓为145.7 J/g，可用于节能建筑领域。LI R G等[18]采用直接浸渍法制备了一种硝酸钠(NaNO3)/膨胀EV复合PCM，NaNO3与EV的质量比为 3∶1～5∶1，熔点为300.9 ℃，潜热高达157.2 J/g，适用于高温领域。

膨胀珍珠岩具有良好的吸附性能，RAMAKRISHNAN S等[19]制备了PW/膨胀珍珠岩复合PCM，其中PW质量分数可达50%。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)测试表明，该复合PCM具有良好的化学相容性和热稳定性。用该复合PCM与水泥基体结合，当添加复合PCM质量分数为80%时，水泥的储热能力提升166%，可用于节能建筑等领域。

HORPAN M S等[20]将硬硼钙石、硼钠钙石和氢氧化镁与PW结合，采用直接浸渍法制备出形状稳定和热稳定性好的复合PCM。结果表明：矿物元素的加入改善了PCM的热稳定性，制得的FS-PCM的潜热可达到100 J/g，仍不足以满足实际应用的需求。

GU X B等[21]采用多孔莫来石负载PA，并添加石墨粉来提高整体的导热性，制备了一种PA/莫来石/石墨(GP)FS-PCM，其熔融焓为52.3 J/g，冻结焓为51.5 J/g。同时还发现，添加质量分数为5%的GP能使材料的导热性相对提高86%，降低了PA的过冷度。

由于矿物来源广泛，与PCM复合的方法简单，黏土矿物多孔材料在FS-PCM中的应用也相当广泛，尤其适用于节能建筑领域。但与各种碳材料相比，黏土矿物作为支撑材料复合的PCM在潜热和导热能力上依然有着很多不足。最近各种多孔生物碳材料因来源广泛和可再生性等优点，也逐渐得到了业界的关注和研究，但其制备的FS-PCM中PCM的负载率只能保持在50%左右，亟待进一步提升。

2 高分子网络定形PCM

随着高分子科学的快速发展，各种具有三维网状结构的聚合物材料，通过熔融共混或者真空浸渍等方法包覆固-液PCM，也可以制备出各种FS-PCM。目前，高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂(EP)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)等材料都有研究人员发表过相关报道。

HDPE的结构强度高,与PW的亲和性好，可以有效防止PW的泄漏。KAYGUSUZ K等[22]研究了PW/HDPE复合PCM的制备方法和热物理性质。ALVA G等[35]以LDPE、熔点约为42 ℃的PW和EG为主体，制备了导热性能良好的PCM。结果表明：当PW质量分数大于50%时，PW/LDPE复合PCM的相分离明显，力学性能显著下降，而EG的存在增强了材料的导热性。这是高分子材料在FS-PCM制备中的早期尝试，由于PW的含量不高，现在已经不再采用。

TANG B T等[23]研究了一种十六醇/改性PU复合PCM。在该复合PCM中，十六醇起相变储热的作用，聚乙二醇(PEG)10000为软段的PU作为储热材料和支撑材料。十六醇的最大质量分数为63.8%时，该PCM潜热达到229.5 J/g。该方法将十六醇的固-液相变和PU的固-固相变行为结合在一起，为制备高潜热的FS-PCM提供了新思路。

KAYGUSUZ K等[24]将硬脂酸(SA)、PA、肉豆蔻酸(MA)作为PCM包封在丙烯酸树脂中，制备了FS-PCM。结果表明：该FS-PCM中，脂肪酸的最大质量分数可达到70%，在加热到脂肪酸熔点以上时，没有发现脂肪酸渗漏现象。WANG L J等[25]研究制备了脂肪酸共晶/PMMA的FS-PCM。为了调控相变温度，癸酸(CA)、LA、MA和SA被选作二元脂肪酸共晶，发现了LA/MA在该FS-PCM中的最大质量分数为70%，潜热为113.2 J/g。该方法所得的FS-PCM虽然具有相变温度可控的优点，但是脂肪酸的负载率依旧不足，需要进一步提升。

CAI Y B等[26]以LA、碳纳米纤维(CNFs)和聚酰胺6(PA6)为原料，采用静电纺丝法制备了具有稳定相变性能的超细复合PCM，研究了CNFs对复合PCM结构形态、储热性能、热稳定性和导热性能的影响。结果表明：所得复合PCM的潜热可以达到75.9 J/g，CNFs的加入使导热性能获得了提升，在纺织领域有着一定的应用价值。

WANG W T等[27]开发了一种用于体外温热治疗的功能化PCM(见图3)。

(a) Fe3O4@SiO2/PCM原理示意图

(b) Fe3O4@SiO2/PCM的差示扫描量热法(DSC)测试曲线

(c) Fe3O4@SiO2/PCM在交变磁场(1.10 MHz,700 A·m-1)下的升温曲线

该功能化PCM以PW/PU作为FS-PCM主体，磁热材料Fe3O4@SiO2胶体作为功能化。Fe3O4@SiO2胶体吸收磁场能量转化为热量，在高于47 ℃(居里温度)时丧失磁性停止加热，使得该材料在磁场的存在下能够准确控温，得到的磁热疗材料在41～47 ℃时具有较高的熔融焓(>113 J/g)，为体外温热治疗癌症提供了新的手段。

MA T T等[28]以PW为储热材料，EP为支撑材料，添加新型双环磷酸盐阻燃固化剂(PEPA-TMA)与三聚氰胺氰尿酸盐，设计制备了一种无卤阻燃型PCM。结果表明：添加质量分数为24%的PEPA-TMA可以得到蜂窝封焦层，其结构可以阻碍热量和氧气的传递，从而提高阻燃性能。

TIAN B Q等[29]以醋酸乙烯酯(EVA)、PW、EG和碳纤维(CF)为原料，制备了导热型FS-PCM。其中PW和EVA分别为PCM和支撑材料，二维EG和一维CF用作导热填料。制备的FS-PCM熔融温度为45.6 ℃，潜热为167.4 J/g，PW的泄漏率小于2%。另外，由于EG和CF结构的各向异性，FS-PCM在水平方向的导热系数高于在垂直方向的导热系数。

WANG J等[30]以草酸二水合物/乙醇酸二元共晶混合物(OG)为PCM，水热碳(HTC)和丙烯酰胺-丙烯酸共聚物(PAAAM)为支撑材料来解决PCM的泄漏问题，获得了3种形态稳定的复合PCM(OG/PAAAM、OG/HTC和OG/HTC/PAAAM)，潜热分别为289.6 J/g、318.8 J/g、313.2 J/g。结果表明：与纯OG的导热系数0.277 W/(m·K)和OG/PAAAM的导热系数0.313 W/(m·K)相比，OG/HTC/PAAAM和OG/HTC的导热系数更高，分别为0.855 W/(m·K)、1.387 W/(m·K)，HTC的加入能有效提高材料的导热性。

YU K Y等[31]提出了一种石墨烯改性水合盐/紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂型复合PCM的制备方法，以Na2CO3·10H2O-Na2HPO4·12H2O共晶水合盐为PCM，研究了石墨烯对水合盐相变温度的调节机理。结果表明：通过调控石墨烯对水合盐PCM体系熵的影响，极少量石墨烯的加入可以降低复合PCM的熔点，实现了相变温度在23.5～30.8 ℃的可控调节，同时由于石墨烯的优良光热转化效率，制备的FS-PCM可应用于太阳能领域。

JING J H等[32]将PW溶解在环己烷中，通过真空浸渍吸附在三聚氰胺树脂里，制备了兼具储热和形状记忆功能的三聚氰胺泡沫(MF)/PW型FS-PCM(见图4)。其中，PW作为潜热储热和形状固定的转换相，MF作为防止泄漏的支撑和形状恢复的永久相。由于MF的质量轻、超弹性，该复合PCM不仅具有良好的包封能力和较高的潜热(139.8 J/g)，而且具有良好的形态保持能力和形状记忆功能(固形和回复率约为100%)。此外，还可以利用MF作为模板加工成任意形状，具有良好的形状记忆、循环稳定性能和热可靠性，在电子元件温控系统中具有一定的应用前景。

(a) MF/PW型FS-PCM制备

(b) 电子器件中的可展开形状记忆

在此基础上，WU H Y等[33]将聚多巴胺(PDA)涂覆在MF表面，制备了MF/PW/PDA柔性PCM(见图5)，其相变温度为57.1 ℃，相变焓为142.7 J/g。由于PDA涂层的高效光热效应，复合PCM表现出良好的光致形状记忆效应(形状回复率100%，形状回复速度100 s)和太阳能-热能储存效率(80.8%)。同时还研究了不同含量的PDA对材料光-热性能的影响，随着PDA涂层用量的增加，光驱动的形状回复率和太阳热转移率都有所提高，实现了光驱动的形状记忆和光-热能存储的无缝结合。

图5 PDA涂层MF示意图

GAO J K等[34]寻找到了一种新的聚合物用于负载PCM，将多巴胺在碱性条件下，发生氧化和自聚合，合成了PDAM，采用真空浸渍法制备了一种新型高效的PEG/PDAM复合PCM。PEG/PDAM的最大熔融焓和冻结焓分别为(133.2±2.5) J/g和(107.5±4.5) J/g。此外，实验证实了PEG与PDAM相互作用机制为：PEG分子通过与PDA之间的氢键固定在PDAM的表面，从而起到形状稳定的效果。

3 微胶囊化封装PCM

微胶囊化封装是通过将熔化的PCM填充到微米大小的胶囊微球中，形成一种具有良好性能的核-壳结构的FS-PCM的技术[35]，解决了PCM的泄漏问题。微胶囊化封装通过提高PCM的表面体积比，增大PCM的换热面积，改善了PCM球心的换热率，以克服微胶囊化封装PCM导热系数低的缺点。微胶囊化封装的主要方法有喷雾干燥、静电干燥等物理方法，胶质凝聚、溶胶-凝胶转换等物理化学方法，界面聚合、悬浮聚合、乳液聚合等化学方法。通常在工厂生产中，喷雾干燥是制备微胶囊化封装PCM的首选方法；而化学方法由于其可控性，在实验室中尝试得更多。微胶囊化封装PCM的粒径、封装率和壳体材料的力学性能是影响其实际应用的主要因素。微胶囊化封装PCM的一般结构见图6。

图6 微胶囊化PCM的一般结构图

3.1 物理方法封装

BORREGUERO A M等[36]将PW经喷雾干燥，包覆在LDPE和乙烯基醋酸乙烯酯共聚物中制备了微胶囊化封装PCM，其微胶囊化率为63.0%，封装率为49.3%，潜热为98.1 J/g。经过3 000次循环后，所制备的材料依旧保持形状和功能稳定。FEI B等[37]采用水热后处理的快速气溶胶法，制备了以二氧化钛(TiO2)为壳材的多功能微胶囊化封装PCM，十八烷的最大负荷接近80%，相变焓达到97.0 J/g。

3.2 化学方法封装

化学方法中最常用的是原位聚合法，即在连续相中两种不混相液体的界面发生化学反应，包括界面聚合、悬浮聚合和乳液聚合3类。LU S F等[38]采用界面聚合法制备了新型交联微胶囊化封装PCM(MPCM)，分别以硬脂酸丁酯和PU为芯材和壳材。制备的交联壳微胶囊表面致密，颗粒间无黏附，交联壳层的平均相变焓高于线性壳层。

ZHAN S P等[39]以异戊二酸二异氰酸酯(IPDI)和乙二胺(EDA)为壳单体、PW为芯材，制备了微胶囊化封装PCM。结果表明：该复合PCM中IPDI/EDA的最佳质量比为3.4 ∶1，微胶囊的平均粒径为2.42 μm。DSC分析显示:当乳化剂质量为1.2 g时，MPCM的潜热为92.5 J/g，PW质量分数为44.5%，均达到最大值。ZHANG H Z等[40]采用界面聚合法制备了以正十八烷和硅胶壳为基材的MPCM。结果表明：当pH为2.89时，球壳表面光滑，粒径约为17.0 μm；通过控制反应溶液的酸度和合成过程中壳材的负载量，可以获得相变性能良好和封装率高的复合PCM。

MA Y H等[41]以PW和硬脂酸丁酯为双芯材料，研究了不同丙烯酸酯交联剂对微胶囊化PCM热性能的影响。DSC分析显示PCM的微胶囊化率为46%～68%。经过500次热循环后，封装率仅降低了不到4%，保持了良好的热循环稳定性。SEM显示这些微胶囊化PCM的粒径控制在10～80 μm。SARI A等[42]采用乳液聚合法制备了PMMA/正十七烷的微胶囊化PCM，材料中十七烷的微胶囊化率为38%，微胶囊的平均粒径为0.26 μm。

LI W等[43]以正十八烷为芯材，采用悬浮聚合法制备了一系列MPCM，系统地研究了引发剂类型和聚合温度对MPCM影响。结果表明：与水溶性过硫酸铵引发体系相比，油溶性偶氮二异丁腈引发体系更适合正十八烷的微胶囊化，不同的共聚物壳层和不同的PCM含量对MPCM的热稳定性影响不大，且所有的微胶囊化封装PCM在200 ℃热处理30 min后，相变焓损失到0，这很可能是十八烷烃热分解成气体后泄漏所致。

3.3 物理化学方法混合封装

物理化学方法包括胶质凝聚法和溶胶-凝胶转换法。SUTAPHANIT P等[44]为保护罗勒精油(HBEO)不被挥发和氧化，采用明胶微胶囊化的方法制备了HBEO微胶囊，其最佳包封条件为：明胶质量分数为11.75%，HBEO用量为31.0 mL，最大产率为98.8%，HBEO质量分数为66.5%，封装率为95.41%。SEM显示微胶囊的内表面呈蜂窝状，含有非均匀分布的HBEO。KONUKLU Y等[45]采用脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛+三聚氰胺-甲醛树脂等不同的壳材，利用凝聚法对辛酸进行微胶囊化，制备微胶囊化PCM。DSC结果表明：脲醛树脂是制备辛酸的最佳胶囊壳材，该MPCM中辛酸的质量分数为59%，潜热为93.9 J/g。

溶胶-凝胶法是指分子前驱体在液相中发生缩聚反应，形成胶体溶液，再转化为氧化物网络的过程，常适用于以有机PCM为芯材，SiO2、TiO2为壳材的微/纳米颗粒。ZHANG Y等[46-50]采用溶胶-凝胶法制备了一系列MPCM。通过设计微胶囊结构，改变微胶囊的粒径(7～16 μm)，提高了材料的导热性能；以晶体TiO2、Fe3O4/SiO2杂化材料等为外壳，合成了具有潜热储热、光催化和磁感应的多功能MPCM，可用于某些高科技领域，实现热能存储、光热和磁热转换的多重功效。

WANG W T等[51]以PEG/SiO2为形状稳定的PCM，分散Fe3O4功能化石墨烯纳米片(Fe3O4-GNS)，制备了一种多功能纳米复合PCM(见图7)。Fe3O4纳米粒子的磁热效应和石墨烯纳米片的集光性能，使该纳米复合PCM能够在交变磁场或太阳能照明下进行高效的磁热或光热转换。该PCM具有较高的储热能力，以及良好的热稳定性和可逆性，可为电磁或太阳能驱动设备的能量管理提供新的选择。

TEOS—四乙氧基硅烷。

4 其他新型的复合PCM

虽然已有大量的FS-PCM被报道，但是如何制备稳定性更好、相变焓更高的FS-PCM依旧值得深入研究。更多的新型PCM被用来制备新型FS-PCM，以期获得更高的PCM负载率和潜热。

LUAN Y等[52]开发了一种以金属有机骨架(MOF)为基体，采用溶液浸渍法获得新型MOF/脂肪酸的复合PCM(见图8)。结果表明：含有氨基的MOF，脂肪酸负载量明显增多，SA的最大质量分数为70.0%，最大相变焓为120.53 J/g。

图8 MOF/脂肪酸PCM的作用示意图

WU D等[53]合成了一系列不同碳链长度的酰胺类小分子凝胶剂(G2～G18)(见图9)，通过小分子凝胶剂自组装效应形成的三维网状结构，制备了一种小分子凝胶剂/PW的新型凝胶型PCM。结果表明：由于G18形成的凝胶网络具有良好的支撑能力，G18/PW复合材料具有较高的储热密度和良好的热稳定性，其熔融焓和冻结焓分别为184.6 J/g和180.7 J/g，储热密度能达到纯PW的97.0%，为制备高储能密度的PCM提供了一定方向。

图9 小分子凝胶剂Gm的结构图

随后，WU D等[54]又合成了一系列侧链液晶聚合物P6biCm(见图10)，将P6biCm引入PW中，制备了新型的P6biCm/PW凝胶型PCM。测试了不同侧链长度、不同凝胶浓度对所制得凝胶型PCM的影响，发现由于P6biCm形成的三维网络具有良好的支撑能力，PW质量分数可达94.0%，且在熔点以上无明显的PW渗漏，P6biCm/PW凝胶型PCM具有较高的潜热、良好的热稳定性和较高的工作可靠性。

图10 侧链液晶聚合物P6biCm的结构图

QIU J J等[55]通过原位法将PEG填充在三维氧化石墨烯气凝胶网络里，边缘用Ca2+和COO-的离子键进行交联，制备了PEG/石墨烯气凝胶型PCM(见图11)。其中，PEG的质量分数达到99.5%，潜热达到218.9 J/g，储热密度接近纯PEG，而导热系数比纯PEG提高了63.0%～87.7%；但是石墨烯气凝胶的制备难度阻碍了该方法的进一步应用。

图11 离子键交联石墨烯气凝胶的结构图

5 结语

PCM在当今社会已经成为一种可以广泛应用的、节能高效的储热材料，在电子器件温控、太阳能源收集、冷链运输、纺织品保温等各个领域有着广阔的应用前景。综上所述，已有的FS-PCM通常由无机多孔材料吸附、高分子材料作为基材、微胶囊化封装3种方法制备而成，通过将各种负载材料和PCM进行复合，获得不同的FS-PCM，以便应用于不同领域。

但是这些方法仍然有许多不足之处，例如：(1) FS-PCM中PCM的负载量大多很低，一般只能保持在50%～80%，极大地降低了复合PCM的储热密度和应用价值；(2) 导热能力差，能量转换效率低；(3) 制备工艺复杂，产品成本偏高，不利于大规模应用；(4) 材料功能化缺失，缺乏实现光-热、磁-热、电-热转换等功能的有效手段，无法应对复杂条件下的应用。

因此，如何高性价比地制备一种具有高导热、高PCM负载率、多功能化的新型FS-PCM依旧是值得深入研究的课题。FS-PCM在未来的能源、环境、材料领域将会有广阔的应用空间。