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  相變材料（PCMs）因其可逆相變和高儲(chǔ)熱容量，在儲(chǔ)能、電子器件熱管理和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，水合鹽類相變凝膠在高力學(xué)強(qiáng)度和高儲(chǔ)熱性能之間往往存在“魚與熊掌不可兼得”的難題：鹽離子會(huì)破壞聚合物網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。

  近日，華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院凌子夜研究員團(tuán)隊(duì)受到傳統(tǒng)黃瓜腌制工藝的啟發(fā)，提出了一種新穎的離子滲透策略，成功制備出同時(shí)擁有創(chuàng)紀(jì)錄力學(xué)強(qiáng)度（楊氏模量高達(dá)2.12 GPa）和高熔融焓（210 kJ·kg?1）的刺激響應(yīng)相變凝膠（PCGs）。該成果以“Enhanced stimuli-responsive phase change gels through pickling-enabled ion permeation”為題，發(fā)表在《Materials Horizons》上（Mater. Horiz. 2025, 12, 6133–6142），并被選為封面論文（圖 1）。華南理工大學(xué)碩士生余佩敏和香港城市大學(xué)博士王雄為共同第一作者，華南理工大學(xué)凌子夜研究員、方曉明研究員和香港城市大學(xué)Steven Wang研究員為共同通訊作者。

圖1 論文封面

生物仿生靈感：從“爽脆腌黃瓜”到高強(qiáng)度水合鹽相變凝膠

  受到黃瓜腌制了以后口感增韌的現(xiàn)象啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)對(duì)水凝膠用水合鹽相變材料進(jìn)行“腌制”，使其高分子結(jié)構(gòu)致密化增強(qiáng)，最終形成兼具高力學(xué)強(qiáng)度與高儲(chǔ)熱能力的水合鹽相變凝膠體系（圖 2）。

圖2 腌制黃瓜啟發(fā)的離子滲透法制備高強(qiáng)度高焓值水合鹽相變凝膠

突破性能瓶頸：剛?cè)峥煽?/span> & 高效儲(chǔ)熱

  如圖 3所示，材料可在軟態(tài)（過冷）與硬態(tài)（結(jié)晶）間實(shí)現(xiàn)快速可逆切換，剛?cè)徂D(zhuǎn)化比高達(dá)380倍，同時(shí)釋放出大量熱量。

  力學(xué)性能：楊氏模量高達(dá)2.12 GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)8.79 MPa，遠(yuǎn)超現(xiàn)有水合鹽類相變凝膠。

  熱性能：熔融焓達(dá)210 kJ·kg?1，過冷度高達(dá)70 ℃，可在?10 ℃下穩(wěn)定維持過冷狀態(tài)，并在觸發(fā)后瞬時(shí)升溫 40 ℃以上。

圖3 相變凝膠的可控放熱和柔剛性轉(zhuǎn)換

多場(chǎng)景應(yīng)用潛力

主動(dòng)除冰：在?10 ℃ 環(huán)境下，僅需機(jī)械觸發(fā)，即可在 10 秒內(nèi)釋放潛熱，快速融化冰層并使冰滴自動(dòng)脫落（圖 4）。

可穿戴熱管理：觸發(fā)結(jié)晶后，可為皮膚供暖超過20分鐘，且熱釋放后硬化，可作為關(guān)節(jié)支撐材料（圖 5）。

圖4 相變凝膠除冰應(yīng)用

圖5 相變凝膠人體熱管理應(yīng)用

意義與展望

  這一研究不僅打破了水合鹽相變凝膠在力學(xué)性能與儲(chǔ)熱性能之間的傳統(tǒng)制約，還提供了一種簡(jiǎn)便、低成本、可規(guī)�；闹苽渫緩�，為能源存儲(chǔ)、智能除冰、可穿戴設(shè)備和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域開辟了新思路。

  原文信息

  P. Yu, X. Wang, Z. Ling, Z. Zhang, S. Wang and X. Fang, Mater. Horiz., 2025, 12, 6133–6142.

  DOI: 10.1039/d5mh00597c

  https://doi.org/10.1039/d5mh00597c