背景介绍
相变材料（PCM）凭借高储能密度、相变温度可调等优势，成为储热技术的核心，但面临三大瓶颈：一是导热率极低，如有机PCM热导率仅约0.3 W/(m·K)，导致储/释能速率慢；二是相变泄漏，固-液相变中易流失，影响长期稳定性；三是加工困难，传统熔融共混能耗高且易导致填料团聚，难以形成连续导热通路。这些问题制约了其在太阳能存储、电子散热等领域的应用。因此，开发兼具高导热、防泄漏、易加工及多功能的复合相变材料（CPCM）成为突破储热与热管理技术的关键。
研究成果
近日，常州大学 陈海群教授与 何大方教授团队提出 “溶剂辅助 – 三维网络协同” 设计策略，成功开发出石墨烯增强聚乙二醇 / 热塑性聚氨酯（PEG/TPU/Graphene）复合相变材料，实现了导热性能、形状稳定性与加工便捷性的协同突破。
该材料采用三元组分设计：PEG 作为相变储能核心（相变温度 59.2℃，潜热 125.6 J/g），TPU 通过软硬段交联形成三维支撑网络，石墨烯作为高导热填料构建传热通道；通过 N – 甲基 – 2 – 吡咯烷酮（NMP）溶剂辅助共混，室温下即可实现组分均匀混合，避免高温加工能耗与填料团聚。这种 “溶剂分散 – 网络封装 – 导热增强” 一体化设计赋予材料卓越综合性能：导热与储能方面，石墨烯的引入使导热率达 1.46 W/(m・K)，较纯 PEG 提升 386.7%，相对焓效率超 90%；稳定性方面，80℃下质量保留率 99.5%，无明显泄漏，经 30 次热循环后相变温度与潜热几乎无衰减；多功能方面，具备热柔性（80℃下从刚性转为柔性）与光热驱动形状记忆功能，光热转换效率达 84.2%；实际应用中，作为 LED 热管理材料时，可使器件工作温度降低 11℃，散热效果显著。该材料制备工艺简单可规模化，溶剂辅助加工降低能耗，为太阳能储能、电子设备热管理等场景提供了高效解决方案，相关研究成果以 “Graphene-enhanced thermally flexible polyethylene glycol-based phase change materials for thermal energy storage and management” 为题，发表于《Journal of Energy Storage》。
图文速览
图 1. PEG/TPU/Graphene 复合相变材料的制备流程示意图。(a) 为复合材料的溶剂辅助合成示意图：以 NMP 为溶剂，先将石墨烯浆料分散 2 小时形成均匀悬浮液，加入 TPU 颗粒搅拌 1 小时至完全溶解，再加入 PEG 粉末在 50℃水浴中搅拌 10 分钟至溶解，室温下继续搅拌 1 小时均质化后，倒入模具 70℃干燥 48 小时蒸发溶剂，最终获得复合相变材料。整个流程无需高温熔融，实现室温下组分均匀混合，避免填料团聚与能耗浪费。
链接：https://doi.org/10.1016/j.est.2026.120421
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