东华大学：高度稳定且不可燃的水合盐-石蜡形状记忆凝胶，用于可持续建筑技术

颗粒在线讯：水合盐（salt hydrates）由于其高内聚能密度和低成本而成为极具前景的低温相变材料（PCM）。然而，它们表现出相分离、液体泄漏和固有的过冷，阻碍了它们在可持续建筑技术中的应用。最近，东华大学团队描述了具有不易燃和形状记忆特性的高度稳定的乳液凝胶系统 (EmulGels) 的设计。亲油性石蜡和亲水性水合盐都是通常存在于不同相中的优良 PCM，通过模板化油包水 Pickering 乳液在凝胶中和谐地结合在一起。制备的 EmulGels的潜热值高达 213.2 J/g（二十烷/磷酸氢二钠十二水合物 = 1:3）。将 EmulGels 在 60 °C 下加热 30 分钟后没有发现二十烷泄漏，并且潜热值在 500 次热循环后几乎保持不变。EmulGel专为实现双相交联而设计，有效增强了其形状稳定性，减缓了水合盐中结晶水的损失，并降低了过冷度。EmulGel 还表现出通常在水合盐中发现的不易燃特性以及良好的机械性能。材料特性使 EmulGels 成为有效建筑热管理的建筑施工夹层的理想选择。

图 1. 通过 Pickering 乳液模板获得的 EmulGels 的结构和制备步骤示意图。

图 2. (a) Pickering 乳液的照片。(b) w/o Pickering 乳液的光学显微照片。(c) EmulGel (1:3) 的 SEM 图像和 (d) EmulGel (1:3) 的照片。

图 3. (a) DHPD、二十烷和 EmulGel (1:3) 的 DSC 曲线。(b) EmulGel (1:3) 的防漏特性。（c）DHPD循环测试的DSC迹线。(d) EmulGel(1:3)循环测试的 DSC 曲线。

图 4. (a) EmulGels 的相变转变过程示意图。(b) DHPD、DHPD-Gel、二十烷、二十烷-Gel 和 EmulGel (1:3) 的 TGA 曲线。(c) DHPD、DHPD-Gel 和 EmulGel (1:3) 在 60 °C 时的失水。(d) DHPD、DHPD-Gel 和 EmulGel (1:3) 的冷却曲线。(e) 熔融 EmulGel (1:3) 和 (f) DHPD 熔融的 DSC 曲线，将其冷却至预定温度并在该温度下保持 5 分钟。

图 5. (a) 压缩应力-应变曲线和(b)具有不同二十烷与 DHPD 质量比的 EmulGels 的压缩模量。(c)显示熔融 EmulGel (1:3) 在压缩载荷下的机械行为的照片。(d-f) 显示 EmulGel (1:3) 形状记忆特征的照片。

图 6. 木屋模型中装有 EmulGel 屋顶的被动能源管理：(a) 示意图和 (b) 实验室制作的木屋模型的照片。(c) 所使用的房屋日/夜模型测试布置示意图。(d) 屋顶的红外图像显示了一天/夜循环中的温度变化。(e) 最多 20 个周期的木屋模型的内部温度。(f) 证明 EmulGel (1:3) 不可燃特性的照片。

相关论文以题为Highly Stable and Nonflammable Hydrated Salt-Paraffin Shape-Memory Gels for Sustainable Building Technology发表在《ACS Sustainable Chem. Eng.》上。通讯作者是东华大学G. Julius Vancso、隋晓锋教授。