纳米孔约束驱动的相变材料热/力学性能的同步增强

相变材料（PCM）能够通过相变潜热来缓解能源供需失衡问题，是研究的热点。针对纯PCM存在的泄漏和低导热性限制，研究人员往往使用高导热无机多孔骨架对其进行封装定形。骨架尺寸越小，抑制PCM泄漏的效果越好。然而，随着孔径缩小到纳米级，PCM的结晶、运动和热输运行为将发生显著改变。现有的研究往往采用宏观表征方法（如DSC）针对宏观热物性进行展开，潜在机制往往采用分子动力学模拟方法，缺乏合适的纳米尺度新热现象的探索，特别是纳米孔内部PCM的传热情况。

为此，本研究骨架材料选用孔径可控性、热稳定性和机械强度合适的双通纳米多孔阳极氧化铝微米薄膜（AAO），PCM选用两种使用广泛、熔点合适的代表性PCM—赤藓糖醇（Ery）和聚乙二醇（PEG），利用毛细力负载方法，制备开放孔PCM复合材料—Ery/AAO和PEG/AAO。

采用3ω-扫描热显微镜方法（3ω-SThM），对Ery/AAO和PEG/AAO纳米孔内部和纳米孔壁的局部热导率、杨氏模量和熔化过程进行了高分辨率映射。此外，还通过MD模拟与分析相结合，阐明了纳米孔约束驱动的热力学性能同步增强的潜在机制。

纳米表征研究结果表明，纳米孔中Ery和PEG的局部热导率和杨氏模量在孔壁处急剧增加，并一直保持到孔中心。纳米孔越小，导热系数和杨氏模量越大。MD模拟表明，较强的壁附效应和显著缩短的氢键是热性能和力学性能同步增强的原因。这一进展揭示了纳米尺度上PCM不同寻常的热输运和力学行为，为PCM的热设计提供了新思路。

图 纳米Ery/AAO和PEG/AAO材料的(a)制备、(b)热/力学高分辨率映射及(c)MD计算结果。

该文章发布链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202506109