【科研摘要】
具有适当相变温度的柔性环保型相变材料（ PCM）在调节环境温度方面显示出巨大潜力。 最近 ， 四川大学 石玲英副教授 团队 通过简便的 光引发单步原位聚合过程合成了一系列室温下使用的相变有机水凝胶（PCOH），其中包括相变水合盐（磷酸十二水二钠，DPDH）和聚丙烯酰胺（PAM）甘油水凝胶。 在PAM有机水凝胶的抗干燥三维（3D）网络中加入环保，经济高效的DPDH水合盐PCM，可以克服固体刚度和熔体渗漏，从而为可穿戴温度管理设备提供灵活性。
通过扫描电子显微镜（SEM），傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）表征了PCOHs组分 之间的微观结构和物理相互作用，这表明 DPDH被均匀地加载到PAM的网络中。通过差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）对PCOH的相变存储和热性能进行了表征，并且PCOH在长期存储和热循环过程中显示出高的能量转换效率和形状稳定性。动态流变和压缩测试表明，即使在DPDH的熔融温度以上，PCOH仍可承受一定的应力并显示出柔韧性。 团队 还描述了智能温度管理功能和PCOH的潜在应用。这项研究提供了一种方便的方法来构建对皮肤友好的柔性相变甘油水凝胶，并为制备相变储能复合材料的传统熔体浸渍或微囊化方法提供 了一种替代方法。相关论文以题为 Shape-Stable Hydrated Salts/Polyacrylamide Phase-Change Organohydrogels for Smart Temperature Management 发表在《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》上。
【主图导读】
图 1. PAM/DPDH PCOH的制备过程和相变机理。 （a）将原料的均质溶液在50℃下溶解，然后在365nm的UV照射下通过光引发的聚合而凝胶化。（b）处于结晶状态的PAM / DPDH PCOH。（c）熔融态的PAM/DPDH PCOH。（d）制备的PCOH的照片，并在相对湿度为61％的22°C的空气中存储2天和14天后的照片。
图 2. 冷冻干燥的（a）PAM水凝胶和（b）PAM/DPDH PCOHs的SEM图像。（c，d）PAM/DPDH PCOH中Na和P映射的EDX分析。（e）放大的SEM图像，观察PAM / DPDH PCOHs孔中的填充材料。
图 3. （a）DPDH，PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH的FTIR光谱。（b）DPDH，PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH的XRD图谱。
图 4. DPDH，PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH的热性质。（a）加热和冷却速率为5°C min -1 的DPDH，PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH的DSC测量的加热和（b）冷却曲线。（c）DPDH，PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH的TGA和（d）差示热重（DTG）曲线。
图 5. PAM/DPDH PCOH的热循环稳定性。 （a）0、100和300次热循环后，PAM/DPDH PCOH的DSC加热曲线和（b）冷却曲线。（c）未加载的原始PAM/DPDH PCOH和（d）原始PCOH的照片，（e）100个热循环后的PCOH，和（f）300个热循环后的负载100 g重量的照片。
图 6. PCOH的机械性能。 （a）压缩试验的应力-应变曲线（插图：PCOH样品的照片）。PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH在（b）25°C和（c）40°C下的流变曲线。
图 7.智能温度管理和防漏性能。 空气，PAM水凝胶和PAM/DPDH PCOH在（a）水浴加热和（b）冰水浴冷却过程中的温度变化曲线（插图：测量设备的数码照片和曲线的放大部分） 。（c）加热过程中PAM/DPDH PCOH的红外热图像和相应的数字照片。（d）在加热和冷却过程中热变色PCOH和PAM水凝胶样品的变色图像。
【总结】
团队已经成功地制备了 PAM/DPDH相变有机水凝胶。通过物理掺入，PAM有机水凝胶网络被证明是用于DPDH PCM形状稳定的有前途的基质，可实现固-液相变化而没有泄漏和相分离。已经证明，从熔融水合盐，DPDH和单体的混合溶液中进行一步原位聚合是一种制备相变软材料的简便方法。制备的PCOH具有抗干燥，柔韧性，形状稳定性和热循环稳定性的优点，并且具有相变温度管理的诱人潜力。通过显微组织观察，热分析和机械测试证明了即使在高温或一定应力下的长期储存和循环稳定性的机理。测试了PCOH的智能控温性能，该PCOH可用 于缓解系统过热并保持恒定温度。无毒保湿室温使用相变储能有机水凝胶可满足调节温度至人类舒适的需求，例如将其扩展到智能“冷却凝胶贴片”中。除了相变储能之外，一系列多功能可穿戴设备可能会受到相变有机水凝胶的启发。
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参考文献 ： doi.org/10.1021/acsami.1c03996
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