双功能有机相变材料微胶囊的多样化设计与构建

This proposal has been focused on the diverse design and fabrication of bifunctional microcapsules based on organic phase change materials (PCMs) and functional inorganic shells. The crystalline titanium dioxide, zirconium dioxide, zinc oxide, ferrite, and metallic sliver or gold will be employed as wall materials for fabricating the functional shells of the microcapsules so that these bifunctional microcapsules can obtain the optical, electronic, magnetic, gas-sensitive, and photocatalytic effectivenesses as well as the functions of latent-heat storage and thermal regulation. The research will be focused on the chemical compositions and microstructures of the microcapsules, the crystallography, and the physical and chemical functions of the microcapsule shells. The self-assembly reaction mechanisms for the synthesis of the bifunctional microcapsules will also be investigated intensively. The effects of the synthetic methods and conditions on the crystalline structures and the physical and chemical functions of microcapsule shells, and the morphology, particle size and distribution, and encapsulation rate of the microcapsules will be clarified. Furthermore, the phase-change characteristics, thermal conductivity, thermal performance, and anti-osmosis property will be explored. On the basis of this study, a series of novel bifunctional PCM microcapsules with an excellent latent-heat storage capability, prompt thermal response, long durability, and high reliability will be developed to meet the requirement for hi-tech applications in the fields of electronic devices and elements, intelligent fibers and textiles, aeronautics and space apparatus, military equipments, and so more.

秉承构建既具备储热调温功能，又拥有光、电、磁、气敏、光催化等特定物理或化学功能的新型相变材料微胶囊的设计思想，运用乳液模板自组装法合成一系列以结晶态二氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化亚铜、磁性铁氧体、金属金和银等无机功能材料为壳、有机相变材料为芯的双功能微胶囊。重点研究此类双功能微胶囊的化学组成、形貌特征、微观结构、壁材晶型结构及其物理和化学功效，探索不同无机前驱体在有机相变材料芯材表面的自组装反应机理。查明合成方法及工艺条件对胶囊壁材晶体结构及其特定功效的影响规律，并厘清其对微胶囊形态结构、粒径及其分布、包覆效率的影响规律。揭示壁材种类及微胶囊形态结构对微胶囊内有机相变材料的相转变行为特征、热响应敏感性、反复相转变可逆性、热稳定性、抗渗透性的影响规律。利用本项目研究成果，开发出一系列拥有多样化设计的物理和化学功能、且相变储热性能优异的双功能相变材料微胶囊，以满足其未来在高精尖领域的应用需求。

本项目秉承构建既具备储热调温功能，又拥有光、电、磁、气敏、光催化等特定物理或化学功能的新型相变材料微胶囊的设计思想，运用乳液模板自组装法，成功合成了一系列以结晶态TiO2、ZrO2、ZnO、ZnO掺杂TiO2、Cu2O、SiO2\Fe3O4、TiO2\Fe3O4、金属金和银等无机功能材料为壳、有机相变材料为芯的双功能微胶囊，重点研究此类双功能微胶囊的化学组成、形貌特征、微观结构、壁材晶型结构及其物理和化学功效，探索不同无机前驱体在有机相变材料芯材表面的自组装反应机理。查明合成方法及工艺条件对胶囊壁材晶体结构及其特定功效的影响规律，并厘清其对微胶囊形态结构、粒径及其分布、包覆效率的影响规律。揭示壁材种类及微胶囊形态结构对微胶囊内有机相变材料的相转变行为特征、热响应敏感性、反复相转变可逆性、热稳定性、抗渗透性的影响规律。同时探索了这些相变材料在抗菌、光催化、光热转换、气敏探测、酶载体等多样化应用的前景。利用本项目研究成果，开发出一系列拥有多样化设计的物理和化学功能、且相变储热性能优异的双功能相变材料微胶囊，成功地在SiO2包覆有机相变材料微胶囊壳体表面构建了MnO纳米片、ZnO纳米花等多层级结构，从而使其能够作为热可调控电极材料在超级电容器中获得应用。在多样化设计方面，本研究还创新性地设计并制备了热致变色相变材料微胶囊、pH敏感相变材料微胶囊、分子印迹相变微胶囊等全新的双功能相变微胶囊，极大地拓宽了相变材料领域范围。这些具有多功能特点的新型相变材料微胶囊有望在生化防护和智能调温纤维及织物、微电子芯片散热及防护涂层、先进传感器及探测器、太阳能储存介质、多功能特种保温材料、智能生物酶载体、智能电极材料、航空航天及军工科技等高精尖领域展现广阔的应用前景。