绿色能源阻燃复合材料研究有重要进展

来源：科技日报

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科技日报记者 赵汉斌

记者6日从昆明理工大学获悉，该校化学工程学院磷化工团队近期在纳米黑磷阻燃聚合物复合材料研究领域取得重要进展，为绿色能源转化与多功能复合材料研发提供了全新思路。国际材料和能源领域期刊《先进能源材料》发表了相关成果。

目前，相变储能体系凭借高储热密度和优异的温度调控能力，已成为太阳能高效热利用领域研究的热点方向。其中，以脂肪酸为典型代表的有机相变材料因具有较高的相变焓、良好的化学稳定性以及可调的相变温区而受到广泛关注。然而，这类材料在实际应用中普遍存在热导率低、相变过程中易发生渗漏、缺乏光热转换介质以及可燃性较高等问题，难以满足复杂环境下长期稳定服役的需求。

“黑磷烯作为一种二维含磷纳米材料，兼具优异的宽光谱吸收能力、高效的光热转换性能和本征阻燃特性，在高性能阻燃复合相变材料领域展现出重要应用潜力。”昆明理工大学教授谢德龙介绍，但黑磷烯在富氧、潮湿及光照等环境下易发生降解，进而引发结构失稳与功能衰减；同时，仅以黑磷烯作为功能组分，难以兼顾稳定三维支撑结构构筑与高效封装，限制了复合相变体系的多功能集成应用。

针对这一系列难题，谢德龙团队与广东工业大学教授盛鑫鑫团队合作，以天然木材的定向微通道为骨架，构筑出纳米黑磷基功能杂化界面，提出界面工程调控策略。研究人员通过在黑磷烯表面引入金属-多酚网络“盔甲”，既提升了黑磷烯的环境稳定性，又增强了其与相变材料的界面结合力，实现了结构与相容性的双重优化。

实验数据显示，该方法制备的复合相变材料性能表现优异，潜热储能性能达175.03千焦每千克，光热转换效率91.27%，轴向热导率较纯相变材料提升3.9倍；阻燃方面，材料热释放峰值和总热释放量分别降低27.4%和31.2%。此外，材料还兼具超疏水自清洁、抗菌特性，可实现稳定的光-热-电转化，开路电压最高达0.65伏，实现了多功能性能的集成。据介绍，这一成果，将为纳米黑磷材料在热管理、绿色能源转化等领域的产业化应用奠定重要技术基础。