东北林业大学王成毓教授/杨海月教授Small：间歇性放热的水合盐相变材料可用于地板辐射供暖系统的热管理

相变材料具有储存和释放潜热的功能，在热管理领域具有广阔的应用前景。然而，传统的相变材料只能一次性释放完毕所有存储的能量，而不能像电化学电池一样能够按需启动和停止能量释放能量，从而造成了极大的不方便和能源浪费。

针对以上问题，东北林业大学材料学院王成毓教授和杨海月教授团队提出了一种间歇性放热的水合盐相变材料：将熔融的三水合乙酸钠与丙烯酸(AA)/丙烯酰胺(AM)聚合物前体整合，然后热引发聚合形成盐凝胶。由于高能量势垒，过饱和盐溶液难以成核;因此，它可以长时间保持过冷态并储存能量。与种子或其他异物接触会破坏过饱和盐溶液的亚稳态，促进形成晶核和结晶。用沾水的剪刀可以中止结晶放热。此外， Fe3+通过金属配位键诱导强动态可逆非共价交联从而赋予盐凝胶良好的自愈合性能使其可回收并延长使用寿命。

图1说明在过冷态和结晶态之间存在一个高的成核能垒，两种状态都处于能量最小值。这种能量势垒可以通过诱导二次成核(例如，通过触摸晶种或异物)来克服。一旦能垒被克服，过冷的相变材料释放所有储存的能量，并过渡到稳定的晶体状态，这不满足间歇性放热相变材料的要求。然而，研究发现:1)浸水异物接触过冷盐凝胶时，不能诱导其结晶。这是由于水的存在，与过冷盐凝胶接触的异物部分由过饱和区变为富水不饱和区，无法诱导结晶。ii)只有凝胶接触到异物的部分才会成核，然后晶体生长。结晶区的颜色比非结晶区的颜色浅。也就是说，在结晶区和非结晶区之间有明显的分界线，并且分界线随着晶体的生长而向前移动。因此，可以使用沾水剪刀将结晶区和非晶态区分开，而不会重新诱导成核，这意味着溶质分子进入晶体表面的路径中断，从而中止了晶体的生长。经过多次间歇放热过程，三水合乙酸钠完全结晶，盐凝胶因反复切割而被破坏。为了延长材料的使用寿命并保持其原有性能，引入Fe3+离子使材料自愈，这是通过Fe3+诱导的金属配位键形成的强动态可逆非共价交联来实现的。一旦完全结晶的盐凝胶块融化并相互接触，动态可逆非共价交联会促进快速自愈从而使盐凝胶可以重复使用。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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