新型热疗功能复合相变材料

【引言】

相变材料(PCMs-Phase Change Materials)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的材料。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体，在我国已经列为国家级研发利用序列。但是，纯PCMs的泄漏和低热导率问题极大地限制了相变材料的吸放热效率。目前，许多报道通过制备定型复合相变材料解决泄露问题；通过填充高导热的添加物提升热导率，比如：金属、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等等，从而有效地整合了高效的蓄热/传热性能。尽管相变材料在蓄热/传热方面已经取得了很大的进展，但是单一的热性能仍然无法满足相变材料日益增长的多功能需求。因此，在保证优异的热性能前提下，如何有效地开发前沿性的新型多功能相变复合材料以满足特定的场合需求成为该领域研究的焦点。

【成果简介】

本研究利用简便的无机盐模板合成策略开发出一种新型的碳纳米管束组装成的柔性多级孔海绵基定型复合相变材料，实现了对过敏性鼻炎的高效热疗。其中，海绵载体的多级孔保证了相变材料的高效固载，复合相变材料的高值热焓和低热导率保证了长时间的热疗效果，此外设计的外层纯碳纳米管海绵还可以通过净化摄入鼻腔的空气质量进一步优化热疗效果。相关研究成果以“Carbon Nanotube Bundles Assembled Flexible Hierarchical Framework Based Phase Change Material Composites for Thermal Energy Harvesting and Thermotherapy”为题发表在Energy Storage Materials。陈晓为文章第一作者，王戈为通讯作者。

【图文导读】

图一：碳纳米管束组装碳海绵示意图及SEM/TEM图

(a) 碳纳米管海绵载体制备示意图

(b-d) 碳纳米管海绵载体的SEM图

(e-g) 碳纳米管海绵载体的TEM图

图二：碳纳米管海绵基复合相变材料的热性能及循环稳定性

(a-c) 碳纳米管海绵基复合相变材料的潜热

(d-e) 碳纳米管海绵基复合相变材料的活化能

(f) 碳纳米管海绵基复合相变材料的热导率

(g-h) 碳纳米管海绵基复合相变材料的热循环性能

图三：碳纳米管海绵基复合相变材料的热疗性能

(a) 相变材料基热疗口罩的结构示意图

(b) 相变材料基热疗口罩的热疗示意图

(c) 相变材料基热疗口罩的热疗曲线图

(d-e)相变材料基热疗口罩的空气净化性能

(f) 相变材料基热疗口罩的热疗红外成像图

【小结】

本团队一直致力于研发前沿性的新型多功能相变复合材料以满足特定的场合需求。近期，利用简便的无机盐模板合成策略开发出一种新型的碳纳米管束组装成的柔性多级孔海绵基定型复合相变材料，实现了对过敏性鼻炎的高效热疗。

文献链接：Xiao Chen, Hongyi Gao, Guangtong Hai, Dandan Jia, Liwen Xing, Siyuan Chen, Piao Cheng, Mengyi Han, Wenjun Dong, Ge Wang*. Carbon nanotube bundles assembled flexible hierarchical framework based phase change material composites for thermal energy harvesting and thermotherapy. Energy Storage Materials, 2020, 26, 129–137.