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随着社会经济的快速发展,能源需求越来越大,由此带来的能源危机问题引起了各方高度关注。相变材料作为一种先进的储能材料,它能以潜热的形式储存和释放能量,在能源转化与利用、废热回收、节能环保等领域具有广阔的应用空间,可有效缓解能源短缺的问题。其中,有机固-液相变材料存在易泄露问题,因此需要对其进行封装处理以制备定形相变材料。但是,传统的定形相变材料存在刚性大、受力易脆性断裂的问题,导致其在复杂化和微型化的被控器件表面不能有效地贴合,从而导致接触热阻升高,热管理效率降低。此外,传统的相变材料还存在导热差、缺乏光响应/电响应等问题进一步限制了其实际的应用。在此背景下,本课题选用弹性的多孔密胺泡沫作为柔性支撑材料,利用其低密度与多孔吸附的特性,有效封装了高含量的有机相变材料;基于泡沫的弹性与相变材料的相转变,赋予了复合材料形状记忆特性,使其具有柔性,可灵活变形;同时,引入多种功能性填料,改善定形相变材料的光热/电热转换、光/电响应性能,制备了一系列多功能的柔性定形相变复合材料。主要的研究内容及成果如下:(1)以密胺泡沫(Melamine foam,MF)为柔性基体,石蜡(Paraffin wax,PW)为相变储能分子,还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)为光吸收介质,构筑了集相变储能、形状记忆与光热转换功能于一体的MF/RGO/PW相变复合材料。基于MF/RGO泡沫的低密度(0.026 g/cm~3)和三维多孔结构,复合材料具有较高热焓值(144.8 J/g)和良好的封装定形效果(尺寸维持率在80%以上)。同时,MF/RGO泡沫的弹性和PW的相转变赋予了复合材料形状记忆特性,复合材料经历弯曲、压缩等变形后在热刺激或光刺激下可回复至初始形状,回复完全的时间在120～220 s之间。此外,由于RGO的强光吸收性,MF/RGO/PW复合材料可表现出快速的光驱动形状记忆行为,并可实现对模拟太阳光源的全波段吸收、光热转换以及热能储存。这类MF/RGO/PW相变复合材料有望用作光控可折叠面板,应用于建筑节能等领域,有效利用清洁的太阳光能源,维持房屋屋顶的温度平衡。(2)利用聚多巴胺(Polydopamine,PDA)颗粒的强粘附性在MF泡沫骨架上构筑PDA涂层,再通过真空浸渍灌装PW,制备了MF@PDA/PW相变复合材料,它同时具有优异的形状记忆效应、相变储能和光热转换能力,并且有很好的循环使用性能和热稳定性。由于MF的大孔径、高孔隙率和低密度特性,MF@PDA泡沫可以轻易地吸收高负载量(约95 wt%)的PW,从而使相变复合材料具有较大的潜热(约140 J/g)和优异的封装定形能力(尺寸维持率约90%)。同时,在MF@PDA泡沫的回弹力作用下,通过触发PW的相变,MF@PDA/PW相变复合材料可以实现多种形状变化和回复行为(弯曲和压缩等)。此外,由于PDA涂层优异的光热效应,使相变复合材料具有显著的光致形状记忆效应,在短时间100 s内可以实现接近100%的形状回复率;特别地,该复合材料具有优异的光热转换性能,光热转换效率最高可达80.8%,PDA涂层含量越高,光致形状记忆回复速率和光热转换效率越高。实验进一步将MF@PDA/PW相变复合材料设计成可自动展开式汽车遮阳板,模拟研究了该复合材料对汽车的高效热防护作用。(3)利用纤维素纳米纤维(Cellulose nanofiber,CNF)作为石墨烯纳米片(Graphene nanoplatelet,GNP)的分散剂,制备了CNF/GNP杂化填料;随后采用反复浸涂的方式在MF模板上负载CNF/GNP片层以获得CG@MF泡沫,并将其作为支撑材料,通过真空浸渍法灌装高潜热的聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG),得到了具有多模式刺激响应(热/光/电)的形状记忆效应、优异的储能性能和光热/电热转换能力的柔性CG@MF/PEG相变复合材料。CG@MF/PEG复合材料具有优异的封装效果(尺寸维持率接近100%)、较大的熔融焓(178.9 J/g)和增强的导热性能(提升188.9%)。由于MF优异的弹性和GNP网络优异的光热转换效应和导电性,CG@MF/PEG复合材料可以通过触发PEG的相转变,表现出显著的光驱动/电驱动形状记忆效应,60 s内形状回复率接近100%。同时,CG@MF/PEG复合材料可以有效地将光能或电能转化为热能并进行储存,其中光热转换效率为89.88%,电热转换效率为66.13%。此外,CG@MF/PEG相变复合材料还具有多模式刺激响应下的修复性能,有利于其使用寿命的延长。最后,将这种材料设计成了形状自适应的保温容器和管道防护套,进一步探索了其实际应用。