超分子凝胶定形相变材料的制备与性能研究

Energy storage is an effective measure to resolve the imbalance of energy supply and demand, and improve the energy efficiency. And the key problem of energy storage is energy storage material. At present, form-stable phase change materials (FSPCMs) have been a research hotspot in the fields of energy storage and materials science due to their unique properties. Combined the common structural characteristics of FSPCMs and supraolecular gels with the function of supporting materials, four series of amphiphilic compounds will be designed and synthesized, namely low molecular organic gelators (LMOGs), side-chain liquid crystalline polymers (SCLCPs), thermoplastic elastomers (TPE) and ionomers, which will be used as supporting materials of FSPCMs. Through the melt blending method, the FSPCMs will be prepared via choosing the proper thermal energy storage materials. By studying the formation mechanism of supramolecular gels and the influence the chemical structure of supporting materials on the properties of FSPCMs, it will provide theoretical foundation and practical model for the FSPCMs with low price, easy operation, high latent heat enthalpy and excellent stability.

能量储存是解决能量供求在时间和空间匹配上的矛盾、提高能源利用率的有效手段，而储能材料是能量储存的基础。定形相变材料独特的性能使其成为近年来国内外在能源利用和材料科学领域重点研究的对象。结合定形相变材料和超分子凝胶共同的结构特点及载体基质承担的作用，本课题拟设计合成小分子有机凝胶因子、侧链液晶高分子、热塑性弹性体和离聚体等四个系列的两亲性化合物，将它们作为定形相变材料的载体基质，与相应的工作物质匹配，通过熔融共混法制备超分子凝胶定形相变材料。研究超分子凝胶的形成机制及载体基质化学结构对定形相变材料性能的影响，为寻找适合制备方法简单、价格低廉、高相变焓、性能稳定的定形相变材料的载体基质提供理论依据和实践典范。

回顾对定形相变材料的研究，我们发现多数方法起到了良好的定形封装效果，降低了相变材料的泄漏量，但仍然存在着一些缺点：一是制备方法复杂；二是相变材料的储能密度低；三是以物理共混法制备定形相变材料时，需要考虑工作物质和载体基质的相容性问题。因此设计制备具有制备方法简单、储能密度高、热稳定性好的新型定形相变材料具有重大的科学意义。. 本项目结合定形相变材料和超分子凝胶共同的结构特点及载体基质承担的作用，成功设计合成出了小分子有机凝胶因子、侧链液晶高分子和离聚体等三个系列的两亲性有机凝胶因子，并将它们作为定形相变材料的载体基质，与相应固-液相变材料匹配，通过熔融共混法成功制备出了具有制备方法简单、成本低、热稳定性好、力学强度高、凝胶因子添加量低、储能密度大的超分子凝胶定形相变材料。同时我们也详细研究了三个系列的有机凝胶因子的化学结构对超分子凝胶定形相变材料性能的影响。此外，我们还探究了侧链型液晶聚合物在有机凝胶材料和液晶物理凝胶材料中的应用。. 通过本课题的研究，对超分子定形相变材料的形成机制有了更加深入的了解，建立了凝胶因子的化学结构与超分子定形相变材料性能之间的关系，为制备具有制备方法简单、成本低、热稳定性好、力学强度高、凝胶因子添加量低、储能密度大的超分子凝胶定形相变材料提供了理论基础。同时本课题创造性的将侧链型液晶高分子作为凝胶因子制备定聚合物有机凝胶材料和液晶物理凝胶材料，这也为侧链型液晶聚合物的应用提供了良好的实践典范。.