有机-无机杂化材料包覆相变微胶囊/混凝土复合材料的微结构调控和导热机理

相变储能混凝土是具有双向调温功能的结构－功能一体化智能型复合材料，正逐渐成为材料、节能和建筑等领域交叉研究的方向和热点。目前基于有机高分子包覆相变微胶囊实现储能功能的智能混凝土还存在热传导能力低、调温效果不理想和耐久性差等问题。本申请以有机相变材料为核，联合溶胶-凝胶法和乳液聚合的方法，并利用无机前驱体与乳化剂分子之间的氢键相互作用在微胶囊的壳层自组装原位构筑无机导热网络和有机－无机杂化的增强机制。研究不同芯壁比、不同壁厚、不同杂化程度、不同尺寸和不同形貌的相变微胶囊的可控制备、力学及热物理性能，分析相变微胶囊/混凝土复合材料的界面特征、储能效果、热传导速率和相变循环的耐久性；探索相变微胶囊的微观结构、尺寸大小以及界面相容性与相变微胶囊/混凝土复合材料的导热性能和调温效果之间的内在关联和物理机制，揭示导热机理，为高性能相变储能建筑材料的设计和开发提供新的方法和理论基础。

具有双向调温功能的的结构-功能一体化相变储能混凝土是当前储能建筑材料研究的热点之一。基于填充有机高分子包覆相变微胶囊实现储能功能的智能混凝土存在的热传导能力低、调温效果不理想和耐久性差等问题，本项目在相变微胶囊的核壳结构中进行有机-无机杂化设计，通过溶胶-凝胶和乳液聚合等方法制备出具有较高导热性能和力学强度的新型相变微胶囊，并通过乳化体系和工艺条件（pH值、温度、转速、芯壁比、杂化程度和导热填料含量等）的优化，实现了微胶囊微结构、表面形貌和尺寸的可控制备，微胶囊中形成的无机网络构建了声子传热强化机制，有效改善相变微胶囊的导热性能。. 通过工厂放大试验探索，实现了导热增强型相变微胶囊的规模化制备，所得微胶囊相变潜热高于135 J/g，壁厚约7.5 μm，在水泥和砂浆等混凝土基材中形态稳定，分散均匀，其粗糙的表面特质有利于和基体的界面结合。掺杂20 wt%相变微胶囊的水泥基复合材料与未掺杂体系相比，在相同加热条件下表面平均温度差值可达4.9 ℃，单面储能墙延缓室内温度的波动，在相变点附近最大降温幅度达6.2℃。此外，本工作还首次在相变微胶囊/混凝土体系中引入碳纤维强化机制，探讨了复合工艺、碳纤维含量和复合材料结构等因素对导热及力学性能的影响规律和作用机理，为高性能相变储能建筑材料的设计和开发提供了新的方法和理论基础。. 该课题部分研究成果发表在Composites：Part B，Energy and Buildings，Journal of Applied Polymer Science和Materials等学术刊物上，后续几篇相关论文正在Applied Energy等期刊审稿；已申请中国发明专利2项，发表会议论文6篇，在高分子年会等学术会议上作3次分会报告介绍相关工作。培养硕士研究生5名，其中4人已毕业。