来源 | Journal of Energy Storage

链接 | https://doi.org/10.1016/j.est.2025.119913

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背景介绍

相变材料（PCMs） 作为潜在的温度控制功能材料，具有相变体积变化小、无毒无腐蚀、循环稳定等优势，可通过潜热高效储能 / 释能，但存在两大核心问题：固有低导热率，导致热响应延迟，无法满足高功率电子器件快速传热需求；固 - 液相变时易漏液，限制实际应用；现有改进方案的瓶颈：微胶囊封装虽能防漏，但导热率提升有限（通常 <1 W/(m・K)）；添加导热填料（如石墨烯、碳纳米管）存在成本高、易团聚、制备复杂等问题。

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成果掠影

近日，华北电力大学杨薛明联合英国德比大学的 Jianfei Xie团队通过原位聚合制备石蜡 @三聚氰胺 - 甲醛树脂（Pa@MF）微胶囊，并与硅橡胶（SR）、膨胀石墨（EG）复合，成功研发出柔性复合相变材料（FCPCMs）。当微胶囊质量分数 25%、EG 质量分数 20% 时（FCPCM-20），其导热率达 2.357 W/(m・K) ，较纯 SR 提升 1339%，且保留 38.55 J/g 的平均相变潜热；在芯片热管理测试中，FCPCM-20 可使芯片工作温度降低 66.77%，较仅添加 20 wt% EG 的样品，在 10 W、15 W、20 W 功率下分别多降温 19.80%、22.79%、23.53%，兼具柔性、机械稳定性（拉伸强度 0.58 MPa）和循环可靠性（100 次循环性能无显著衰减） ，为高功率电子器件热管理提供了高效解决方案。研究成果以“Expanded graphite reinforced flexible microencapsulated phase change composites for efficient thermal management”为题发表在《Journal of Energy Storage》期刊。

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图文导读

图1.（彩色在线）（a）Pa@MF微胶囊和（b）FCPCM的制备图。

图2.（彩色在线）芯片热管理测试系统示意图。

图3.（彩色在线）（a-b）Pa@MF微胶囊的SEM图像;（c）Pa、MF和微胶囊的FT-IR曲线;（d）Pa、MF和微胶囊的XRD曲线;（e）Pa和微胶囊的DSC曲线;以及（f）Pa和微胶囊的TGA曲线。

图4.（彩色在线）：（a）SR;（b）FCPCM-0;（c）FCPCM-5;和（d）FCPCM-20的SEM图像。

图5.（在线颜色）（a）Pa@MF微胶囊、EG、SR和FCPCM的FT-IR曲线和（b）XRD曲线。

图6.（彩色在线）：（a）FCPCM熔融和（b）FCPCM冷却的DSC曲线。

图7.（彩色在线）SR和FCPCM的TGA曲线。

图8.（在线颜色）（a）FCPCM的法向导热系数和（B）本研究与其他微胶囊复合材料的法向导热系数比较[26，27，36，38]。

图9.（彩色在线）（a）SR、FCPCM-0和FCPCM-20的加热曲线和（b）冷却曲线。

图10.（彩色在线）SR、FCPCM-0和FCPCM-20的（a）加热过程和（b）冷却过程的红外热成像图像.

图11.（在线颜色）（a）SR和FCPCM的拉伸强度和断裂伸长率;（b）SR和FCPCM随温度变化的海岸硬度;和（c）弯曲试验。

图12.（彩色在线）（a）FCPCM-20在100次加热-冷却循环前后的DSC曲线和（b）FCPCM-20在100次加热-冷却循环前后的机械性能。

图13（在线颜色）（a）在10 W的加热功率下复合材料的热管理过程中加热垫的温度-时间曲线;（b）加热SR和FCPCM 300 s后的温度;（c）在不同加热功率下FCPCM-20和EG 20的热管理过程中加热垫的温度-时间曲线;和（d）在不同加热功率下加热300秒后FCPCM-20和EG 20的温度。

图14.（在线颜色）FCPCM-20和EG 20在不同温度下的海岸硬度比较。