导热相变材料是一类在特定温度范围内能够吸收或释放大量潜热的特殊功能材料，其核心原理是通过材料的固-液相变过程，高效管理热量的储存与传递。在电子设备、动力电池、储能系统等领域，这类材料不仅具有良好的界面贴合性，而且单位质量储热密度高，有助于实现轻量化热管理。不过，另一方面，导热相变材料也面临一个关键瓶颈，当工作温度超过相变点时，材料会熔化为液态，易发生流动、渗出或与接触表面脱离，导致热阻增大、污染周边组件，甚至引发短路等安全隐患，可以说，泄漏问题已成为制约其可靠性和长期服役性能的主要障碍。为解决这一难题，业界已发展出多种封装与复合技术，有效将相变材料“锁”在稳定结构中，其中最主流的包括微胶囊封装技术、多孔载体复合技术和纳米纤维封装技术。

一、微胶囊封装技术

微胶囊封装技术是将液态或固态的相变材料包裹在微小、坚固的壳体内部，形成直径通常为1-1000微米的胶囊颗粒。通常，微胶囊壳体的选择要求具有良好的热稳定性和化学稳定性、一定的机械强度以保证更好地保护相变材料，防止其在使用过程中因外力、高温、腐蚀作用而破裂或泄漏，同时也要求具有良好的热导性，以及与基体之间具有良好的相容性，以加快热量在相变微胶囊内部和外部的传递。

微胶囊相变材料悬浮液以及微胶囊结构示意图（来源：科协之声）

目前，相变微胶囊常采用的壳体可分为无机、有机、无机-有机杂化三类：

（1）有机壳体：如聚甲基丙烯酸甲酯、聚脲、三聚氰胺甲醛等聚合物，它们对相变材料具有高包封率，并可构建完整形态的外壳，同时具有较好的柔韧性和弹性，能适应相变材料在相变过程中的体积变化，减少因体积膨胀或收缩导致的壳体破裂。

（2）无机壳体：金属氧化物、二氧化硅、碳酸钙等具有较高的导热系数，能有效提高相变微胶囊的热量传递效率，适用于高效热管理场景。同时这类材料还兼具较高的硬度、强度、刚性以及高温稳定性，能承受较大的外力和压力，不易发生热分解或变形，聚合物（如密胺树脂、脲醛树脂）或无机物（如二氧化硅）。

（3）无机-有机杂化壳体：结合了有机材料和无机材料的优点，可通过调整有机和无机成分的比例、结构和制备工艺，可实现对壳体材料韧性、密封性、化学稳定性，导热性、机械强度和热稳定性等的精确调控，满足不同应用场景的特殊需求。但由于无机材料和有机材料存在界面不相容等问题，制备工艺较为复杂，对制备技术和设备要求较高。

二、多孔基体定形相变材料

多孔基体定形相变材料是利用高比表面积的多孔材料作为支撑骨架，通过毛细作用力、表面吸附、界面作用与空间限域效应等将液态相变材料牢牢束缚在孔隙网络中。当温度升高时，熔融的相变材料被限制在孔隙内，无法自由流动，从而实现形态稳定的热储能释放过程，同时，一些骨架材料还能提升复合材料的热导率、机械强度或赋予其他功能。

当前，用于定型PCMs的多孔骨架主要包括多孔泡沫金属、碳基多孔骨架、聚合物泡沫、金属有机框架（MOFs）几类。

（1）泡沫金属：泡沫铝、铜、镍等具有无序连通的毫米级孔道，孔隙度较高，相变芯材的填充量大，同时还可以起到热导率增强的作用，但部分金属在特定环境下易发生氧化或腐蚀。

泡沫铝（来源：网络）

（2）碳基多孔骨架：膨胀石墨、石墨烯气凝胶、碳纳米管、石墨烯等作为骨架，具有导热率极高、密度低、吸附性好、化学性质稳定等核心优势，但机械强度通常较低、制备成本高。

脂肪酸/氧化石墨烯复合相变材料的自组装（来源：参考文献5）

（3）聚合物泡沫：聚氨酯、三聚氰胺-甲醛等聚合物泡沫骨架本身质轻且具有较高的柔韧性，既能够承受一定的外力作用，为相变材料提供支撑，也便于加工成各种形状和尺寸的骨架，满足不同应用场景的需求。不过，由于本身的导热系数较低，一定程度上限制了复合材料的热传导性能，导致相变材料在吸热和放热过程中热量传递缓慢，影响其储能和释能效率，同时，这类聚合物在高温下可能会发生分解或炭化，限制了复合材料在高温环境下的应用。

（4）金属有机框架：MOFs材料是由有机配体与金属离子/金属簇自组装而成的一种新型三维多孔有机‒无机杂化材料，具有孔道有序、孔径可调和超低密度、超高比表面积，可引入功能基团等优点，从而可实现增强相变材料与骨架之间的结合力、相变芯材选择范围广、负载量高以及复合相变材料储能密度高等目的。但在实际应用中，部分MOFs存在机械强度较低，导热性能差的缺点，此外，其合成通常需要特定的反应条件和较高的成本，在一定程度上限制了其大规模应用。

MOFs结构示意图（来源：汶纳项目书）

三、聚合物基定型PCMs

聚合物基定型PCMs是将流动的PCMs（PW、PEG）以嵌入、共混或共价交联的方式分散在聚氨酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、热塑性弹性体、环氧树脂及纤维等非流动的聚合物基质中，利用聚合物基质的结构来控制PCMs的流动并提供形状稳定性，形成一种固态或半固态的复合材料。目前，这类定型PCMs常采用聚乙二醇（PEG） 作为相变成分，而根据聚合物结构与PCMs复合方式的不同，聚合物定型PCMs主要可分为以下三类：

（1）交联型聚合物定型PCMs

交联型聚合物定型PCMs是让相变材料和聚合物基体通过化学反应（如自由基反应、离子反应）或物理方法（如辐射）在高分子链之间形成化学键，进而形成三维网络结构，并把PCMs固定于聚合物网络中，当该类材料在加热至PCMs熔点以上时，液体仍可被“困”在聚合物中，保持复合材料不变形、不渗漏。

（2）嵌段型聚合物定型PCMs

嵌段型聚合物定型PCMs通常通过引入亲相变段与硬段构建微相分离结构，其中硬段通常由刚性分子链段组成（如芳香烃、结晶性聚合物等），其分子链排列规整、相互作用力强，能够形成物理交联点或结晶区域，而软段则与相变材料高度相容、均匀混合，形成连续的储能。相变时，软段中熔化的相变材料被刚性物理交联网络牢牢束缚，宏观上保持固态形状。

（3）接枝聚合物定型 PCMs

接枝聚合物定型 PCMs是通过引发剂或催化剂，将具有相变能力的柔性链段（如脂肪酸、烷基酯或 PEG 等）以化学键的形式接枝到高分子主链上形成侧链相变聚合物，当发生相变时，该材料可通过分子间缠结限制其侧链相变段的迁移，阻止液体流动和相分离，避免了相变材料的泄漏。

小结

当前，导热相变材料的防泄漏问题可通过结构封装与复合定型等关键技术得到有效应对，不仅显著提升了相变材料在熔融态下的封装可靠性，还通过骨架或基体的选择与设计，进一步优化了其导热、机械及稳定性能。相信未来，随着材料设计与规模化制备工艺的持续进步，兼具高储热密度、优异抗泄漏特性与良好热管理效能的复合相变材料，有望在电子散热、动力电池热防护、绿色建筑及工业余热回收等领域发挥更加关键的作用，推动热管理技术向高效、紧凑与长寿命方向不断发展。

参考文献：

1、肖鑫,夏爱佳,陈晴,等.功能型微胶囊相变材料的改性制备及蓄能应用研究进展[J/OL].东华大学学报(自然科学版).

2、郜昆伦.定向导热复合相变材料的制备及其热管理性能研究[D].河南工业大学.

3、史涛.三维多孔骨架限域策略构筑的相变储能复合材料的功能化设计及应用研究[D].北京化工大学.

4、郭以永,高寒,时泽宝,等.具有定向碳纳米纤维多孔骨架的高导热形状稳定相变复合材料[J].山东化工.

5、王静静,徐小亮,梁凯彦,等.多孔基定形复合相变材料传热性能提升研究进展[J].工程科学学报.

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