研究进展
刘忠范院士团队Small：蒙烯氧化铝粉体可制备用于热管理的高导热相变复合材料
日期：
2026-01-04 17:29
成果简介
相变材料（PCMs）因其高潜热和低成本特性，在热管理和热能存储领域展现出显著的应用潜力。然而，某些相变材料（如石蜡PA）固有的缺陷——例如导热系数低（0.2 W·m⁻¹·K⁻¹）及相变过程中的液体渗漏——导致热响应延迟和可靠性问题，限制了其在高精度热控制场景中的应用。
北京石墨烯研究院刘忠范院士、宋雨晴研究员，北京师范大学刘楠教授，中北大学苏宁宁副教授等在《Small》期刊发表名为“Graphene-Skinned Al2O3 Enables High Thermal Conductivity Phase Change Composites for Thermal Management”的论文，研究提出“界面增强”设计策略：构建以蒙烯氧化铝粉体（G-Al₂O₃）为跨尺度热桥的复合体系，强化石蜡相变基体中膨胀石墨的3D导热骨架。该高导热网络在真空浸渍过程中因优异的润湿性与相变介质协同耦合。该复合材料导热系数可达6.1 W·m⁻¹·K⁻¹，较纯PA提升2033%，同时保持210 J·g⁻¹的高相变潜热。经200次热循环后，其泄漏率<5%，潜热衰减率<2%。本研究为高效热控材料设计提供了新思路，有望应用于高功率电子设备温度稳定及航天卫星热存储系统。
图文导读
图1 PA/EG/G-Al₂O₃复合材料的高导热率和大潜热。
图2 G-Al₂O₃、EG和复合材料的微观结构形态。
图3 G-Al₂O₃在PA/EG中的热传导增强机理。
图4 PA/EG/G-Al₂O₃的热导率探索。
图5 PA/EG/G-Al₂O₃的循环稳定性。
图6 PA/EG/G-Al₂O₃的热管理。
小结
本研究提出一种“界面增强”策略，以缓解相变材料中“高导热与高潜热”的平衡问题。通过引入G-Al₂O₃作为跨尺度热桥，在PA/EG基体中建立了连续高效的热传导路径，同时未显著削弱PA固有的相变潜热。由此制备的PA/EG/G-Al₂O₃复合材料展现出卓越的综合性能：其热导率达6.1 W·m⁻¹·K⁻¹，较仅含10 wt.%的PA/EG复合材料提升65%，同时保持210 J·g⁻¹的高相变潜热容量。经200次连续热循环验证，该复合材料展现出卓越的循环稳定性——焓衰减率低于2%，过冷度稳定维持在1℃左右，且无显著结构劣化。在电子热管理中，其能快速散热，使加热板温度较无G-Al₂O₃材料降低5.6℃-10.8℃。在卫星热存储场景中，该材料释放热量持续时间延长3-4倍，经20次热循环后仍保持稳定性能。此类含G-Al₂O₃的相变材料在电子热管理与航空航天蓄热领域展现出巨大应用潜力，为设计高性能相变储能材料开辟了新途径，推动了热工程应用的发展。
原文链接:
https://doi.org/10.1002/smll.202512914
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