研究背景

随着全球经济的不断发展，化石燃料和其他不可再生能源正在被大量消耗，甚至枯竭。太阳能被誉为优质的可再生能源。然而，太阳辐照度低和间歇性是影响太阳能利用的主要障碍。将相变材料与太阳能-热能转换系统相结合是解决太阳能不稳定性问题的一种可行策略。然而，由于相变材料容易泄漏、热导率低、光吸收能力差等原因，使其在太阳能-热能转换和储存系统中的应用受到很大阻碍。

文章要点

在这项研究中，将石蜡(PW)真空浸渍到聚二甲基硅氧烷(PDMS)/氮化硼(BN)/聚吡咯(PPy)泡沫中，制备出具有优异导热性和太阳热能转换效率的柔性相变复合材料(PCCs)。通过糖模板法和化学气相沉积法成功制备了PDMS/BN/PPy泡沫。PDMS/BN/PPy/PW PCCs的相变潜热高达172 J·g^-1，尺寸保持率为98.91 %。连续的BN网络使PCCs的热导率提高到0.43 W·m^-1·K^-1。同时，柔性PCCs还能弹性变形并紧密附着于粗糙表面，从而进一步提高了传热效率。更重要的是，褶皱的PPy和分层多孔结构通过延长多次反射的光路改善了光吸收，从而保持了91.9 %的出色光热能量转换效率。为了展示PCCs产生清洁能源的潜力，我们建造了一个太阳能-热能-电能转换(STEEC)系统。即使在没有光照射的情况下，PCCs也能输出84.7 mA的电流，并支持风扇转动243 s。这项研究提供了一种制备多功能PCCs的简便方法，显示了其在快速收集和储存太阳能方面的优势。

图文展示

图1 (a) PDMS/BN和(b,c) PDMS/BN/PPy的扫描电镜图像；(d) PDMS/BN的孔径统计；(e) PDMS/BN/PPy泡沫的EDS分析；(f) PDMS、PDMS/BN和PDMS/BN/PPy的傅立叶变换红外光谱；(g) PDMS/BN和PDMS/BN/PPy的XPS光谱；PDMS/BN/PPy的高分辨率；(h) C 1s和(i) N 1s XPS光谱

图2 (a) 复合材料在原始、扭曲和弯曲状态下的示意图；(b) PDMS/BN和PDMS/BN/PPy的原始、扭曲和弯曲状态；(c) PDMS/BN和PDMS/BN/PPy的接触角

图3 (a) 不同BN含量的PDMS/BNx/PPy/PW的热导率和(b)瞬时红外热成像温度分布图；(c) PCCs的热传导机理图

图4 (a) PDMS/BN20/PPy/PW的光驱动形状恢复行为；(b) PDMS/BN20/PPy/PW的存储模量(E')、损耗模量(E'')和损耗因子(tanδ)随温度的变化曲线；(c) PDMS/BN20/PPy/PW模量转变机理图；(d) PDMS/BN20/PPy/PW与器件界面接触的光学显微照片

图5 (a) 相变复合材料的太阳能转换和储存行为机理示意图；(b) PW和PDMS/BN20/PPy/PW的紫外-可见-近红外吸收光谱；(c) PDMS/BN/PW和PDMS/BNx/PPy/PW的温度-时间曲线、(d)红外热成像和(e)太阳-热能转换效率；(f) 与相关研究相比的太阳热能转换效率和潜热

图6 STEEC系统的(a)原理图和(b)实物图；(c) PDMS/BN/PW和PDMS/BN20/PPy/PW的I-t曲线；(d) STEEC应用实验数码照片

综上，本工作以“Flexible phase change composites based on hierarchically porous polypyrrole scaffold for broad-band solar absorption and efficient solar-thermal-electric energy conversion”为题发表在复合材料类一区期刊Composites Science and Technology上。论文的第一作者为西南交通大学化学学院2022级硕士生刘宇龙，通讯作者为西南交通大学化学学院祁晓东副教授和王勇教授。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353824000897