来源 | Small

链接 | https://doi.org/10.1002/smll.2025129141 of 12

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背景介绍

相变材料具有相变潜热高、成本低等优点，在热管理和热能储存方面具有重要的应用潜力，但某些相变材料存在固有的缺点，如相变温度过高、相变温度过高等，导致相变材料的热稳定性差，相变材料的热稳定性差，相变材料的热稳定性差等。（例如，石蜡（PA）），例如低导热性（0.2 W/m·K）和相变期间的液体泄漏，导致延迟的热响应和可靠性问题，限制了它们在高精度热控制场景中的应用。

02

成果掠影

近日，北京石墨烯研究院刘忠范院士、宋雨晴联合北京师范大学刘楠及中北大学苏宁宁等团队提出了一种“界面增强”设计策略：构建以石墨烯包覆的氧化铝粉体（G-Al₂O₃）为跨尺度热桥的复合体系，以增强PA相变基体中膨胀石墨的3D导热骨架。由于良好的润湿性，高导热网络在真空浸渍过程中与相变介质协同耦合。该复合材料在 10 wt.% 膨胀石墨（EG）和 1 wt.% G-Al₂O₃的低填充量下，实现6.1 W/m·K的高导热率（较纯 PA 提升 2033%、较 PA/EG 提升 65%），同时保留210 J/g 的高相变潜热，经 200 次热循环后漏液率 < 5%、潜热衰减率 < 2%，在大功率电子器件热管理和航空航天卫星储能系统中展现出显著应用潜力。研究成果以“Graphene-Skinned Al₂O₃ Enables High Thermal Conductivity Phase Change Composites for Thermal Management”为题发表在《Small》期刊。

03

图文导读

图1 PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的高导热率和大潜热。（a）PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的制备过程示意图。（b-d）PA、PA/EG、PA/EG/Al₂O₃和PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的导热率（B）、DSC曲线（c）和焓值（d）。

图2 G-Al₂O₃、EG和复合材料的微观结构形态。（a）G-Al₂O₃的SEM图像。（b）G-Al₂O₃的EDS光谱。（c）同一批次合成的G-Al₂O₃的拉曼光谱。（d-h）EG（d，e）、PA/EG（f）、EG/G-Al₂O₃（g）和PA/EG/G-Al₂O₃（h）复合材料的SEM图像。(i)EG和PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的N2吸附-脱附等温线。

图3 G-Al₂O₃在PA/EG中的热传导增强机理。（a）G-Al₂O₃在PA/EG复合材料中的热传导增强机理示意图。（b）PA、PA/EG和PA/EG/G-Al₂O₃复合材料传热过程的COMSOL模拟。（c，d）PA、PA/EG、PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的照片（c）和相应的红外热图像（d）以及PA/EG/G-Al₂O₃复合材料在热台加热过程中。

图4 PA/EG/G-Al₂O₃的热导率。（a，c）PA/EG/G-Al₂O₃复合材料在低（a）和高（c）压缩后的SEM图像。(b)（d）不同制备压力下PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的热导率;（e）不同G-Al₂O₃粒径PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的热导率;（f）不同G-Al₂O₃含量PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的热导率。

图5 PA/EG/G-Al₂O₃的循环稳定性。（a）EG、PA、PA/EG和PA/EG/G-Al₂O₃的XRD图谱。（b）EG、PA、G-Al₂O₃和PA/EG/G-Al₂O₃的FTIR光谱。（c-f）DSC曲线（c）、焓值（d）、熔点和结晶点（e）以及200次热循环后PA/EG/G-Al₂O₃的XRD图谱（f）。（g）PA的吸光度，PA/EG/Al₂O₃和PA/EG/G-Al₂O₃。（h）本工作与以前报道的相变材料的热导率和焓值的比较。

图6 PA/EG/G-Al₂O₃的热管理。（a）测试装置的示意图。（b-e）加热板的顶面在自然散热和PA、PA/EG、PA/EG/G-Al₂O₃ PCM下的温度曲线，加热功率为3.3 W（B）、4.3 W（c）、5.4 W（d）和6.5 W（e），（f）卫星储能装置原理图;（g）PA/EG/G-Al₂O₃在不同环境温度下的内部温度变化曲线;（h）PA/EG/G-Al₂O₃在20次热循环（130 ℃冷热循环）后的温度变化曲线。