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       本文报道了一种可重复加工的高相变焓、高导热柔性相变复合材料的简便制备策略。柔性基体是由谷氨酸包覆天然胶乳与乙酸锌动态交联制备而成，构建了基于Zn²⁺的动态可交换网络，赋予天然橡胶基体良好的力学与可重复加工性能。碳纳米管和石墨烯组成的异质导热填料与石蜡相变组分充分混合，实现导热组分对相变组分的有效包覆。在双辊开炼机剪切下共混加工，实现了导热填料的均匀分散，同时形成了连续的三维导热网络，并对石蜡进行了良好的封装。所制备的相变复合材料具有优异的柔性、形状稳定性、可重复加工性能和高导热、高相变焓，力学强度为2.72 MPa，重复加工三次后仍保持在2 MPa以上，相变焓高达111 J/g，导热系数为1.06 W/mK，较纯石蜡提高428%，在电子器件中表现出优异的热管理性能和温控行为，为柔性热管理领域开辟了新的可能性。

文章背景

相变材料在能源利用和热管理领域具有巨大的潜力，但相变材料固态时质地硬、液态时易泄漏以及较低的热导率等问题，使得相变材料在热管理方面仍面临重大挑战。近年来，柔性相变复合材料在解决电子技术热失控和能源转换的热管理需求方面变得越来越关键。新型的高导热柔性相变复合材料的研究对电子器件热管理的发展具有重要意义。

文章概述

       基于上述背景，江苏海洋大学高性能与功能高分子课题组采用化学反应接枝交联方法，利用谷氨酸（Glu）包覆天然胶乳（NR）后再与乙酸锌交联，制备柔性基体，通过双辊开炼加工技术，将异质导热填料包覆的相变材料均匀分散在基体中，设计并制备了具有高导热、高相变焓和形状稳定的柔性相变复合材料（GNR/PW/CGNP），如图1所示。

图1 柔性相变复合材料的设计和制备

 研究发现，相变复合材料表现出优异的柔性和力学性能，可以在承受外力的作用下进行拉伸、弯曲、扭曲、折叠和裁剪(图2)。由于GNR/CGNP对的石蜡封装，限制了石蜡分子链的运动，使得相变复合材料的相变焓降低，但仍能达到111 J/g，经过50次加热-冷却循环后，相变焓几乎不变(图3)，证明了相变复合材料具有良好的热循环可靠性。

图2 相变复合材料的柔性和力学性能。(a-f) GNR/PW/CGNP在拉伸、弯曲、扭曲、折叠等不同变形条件下的照片; (g, h)NR/PW/CGNP和GNR/PW/CGNP复合材料的拉伸应力-应变曲线和力学性能

图3 (a) 相变复合材料的熔融-结晶曲线; (b) 相变焓; (c, d) PW和GNR/PW/CGNP 50次加热-冷却循环熔融-结晶曲线

相变复合材料表现出较高的热导率(图4)，因为剪切加工过程中实现了异质CGNP导热填料的面内取向和连续排列，因此相变复合材料的平面热导率高于垂直热导率。在电子器件热管理中，除发热元件热量垂直向热界面材料传递外，热量在热界面材料内面内扩散也有利于散热，平面导热和垂直导热同等重要。文章中演示了相变复合材料用于电子设备热管理的实例(图5)，相变复合材料对智能手机CPU的温度控制有明显的响应性，在高速运行后的散热测试中展现出优异的热管理特性。

图4 (a) 相变复合材料面内和垂直热导率; (b) 相变复合材料的导热机理

图5 (a-e) 相变复合材料应用于苹果智能手机热管理应用演示

       该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。江苏海洋大学环境与化学工程学院硕士生郭俊瑕硕士研究生为本论文的第一作者，李成杰博士为本文的通讯作者。

原文信息：

Guo, J. X.; Cai, S. Y.; Han, X.; Sun, Y.; Li, C. L.; Zheng, K.; Xu, Y. Z.; Li, R. G.; Li, C. J.

Chinese J. Polym. Sci., 2025, 43,  625-639.

DOI: 10.1007/s10118025-3299-5