学术动态

近日，我院吴义强院士、左迎峰教授研究团队在国际知名期刊《Advanced Science》（影响因子14.1，中科院一区TOP）发表了题为“A Formable Wood-based Phase Change Materials with Enhanced Mechanical Properties and Thermal Efficiency for Smart Building”（木基定形相变材料：具有高机械性能和热效率，适用于智能建筑）的研究论文。我院博士研究生周亚为第一作者，吴义强院士、左迎峰教授与沈阳化工大学赵大伟教授为通讯作者，中南林业科技大学为论文第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金（32201485）和湖南省重点研发计划（2023NK2038）的支持。

建筑供暖制冷系统能耗占建筑总能耗约 50%，高能耗引发资源过度消耗与温室气体排放等环境问题。纳米多孔绝缘材料可提升热绝缘性能，但高制备成本与高能耗制造工艺限制其规模化应用。相变材料（PCMs）通过可逆相转变实现热能吸收与释放，具有储能和温度调节的双重功能，是零能耗热管理的理想候选材料。然而，传统相变材料存在液体泄漏、体积变化大、热机械强度低等问题，制约了其在实际设备中的应用。团队创新性地提出"结构仿生和双网络增强"策略，开发了一种高强度、可用于温度调节的木基定形相变材料（DWTP）。将正硅酸乙酯（TEOs）与聚乙二醇（PEG）共混，通过氢键竞争效应获得了具有多活性位点的相变前驱体。将其与木材纤维素骨架结合，通过自组装和原位矿化，构筑了由纤维素分子、Si–O–Si网络与氢键网络组成的多尺度互锁结构，实现PEG的锚定。得益于此，DWTP表现出高强机械性能（134.42 MPa）和防泄漏性（80℃下熔融承载自重110倍无泄漏）。此外，经过 50 次冷热循环后，DWTP 的储能密度保持了 97.3%。通过测试表明，DWTP由于PEG的热/冷缓冲作用，在温度调节方面表现良好。该成果所开发的高强木基相变复合材料在节能建筑和热管理的应用中具有重要应用前景。