閆 琛，劉漢濤

（中北大學，山西太原 030051）

隨著環(huán)境污染和能源缺乏問題日益顯著， 解決能源危機、 提高能源利用效率已成為國內外研究的熱點。相變儲熱材料可實現(xiàn)能量供應與需求的平衡，其在能源、航天、建筑、農業(yè)、化工等諸多領域具有廣泛的應用前景［1］。

相變材料可分為兩大類［2］，有機相變材料和無機相變材料。 材料儲熱的本質是將一定形式的能量在特定的條件下儲存起來， 并在特定的條件下加以釋放和利用。 相變材料在相變過程中產生較高的焓變，比常規(guī)顯熱儲存具有更高的儲熱密度，同時相變儲熱系統(tǒng)質量輕、 體積小， 可以帶來相對較低的成本， 因此相變儲熱材料在提高能源利用效率方面顯示出巨大的潛力。相變材料的導熱、蓄熱能力是影響相變材料儲熱性能的重要指標， 但它們的實際應用受到導熱率低、存在相分離、弱光熱轉換的阻礙。 為了解決相變材料存在的問題， 在相變材料中添加金屬、金屬氧化物、聚合物等納米顆粒被廣泛認為是提高相變材料熱性能常用的方法。 但是用于改善熱性能典型的納米材料，如Al2O3、TiO2和CuO 等納米顆粒，其熱導率通常較低。相比較而言，二維納米片，如石墨烯、六方氮化硼、二硫化鉬以及MXene 等，作為一種新型的高導熱率、高長徑比填料，可以在復合材料中間形成導熱鏈，以減少聲子散射，提高導熱性，同時作為成核劑起到降低過冷度的作用［3］，具有顯著提升復合材料熱性能的潛力。

本文首先闡述提升熱性能的機理， 然后對各種二維納米片提升相變材料儲熱性能方面的研究進展進行了歸納總結， 并對二維納米片復合相變儲熱材料的未來發(fā)展方向進行了展望。

1 導熱機理概述

影響復合PCMs 熱導率的因素很多， 從微觀的角度來看， 目前人們普遍認同晶格振動和聲子傳輸是影響熱導率的主要原因，如圖1 所示。 晶格振動，使晶體原子在格點附近振動產生熱量， 而聲子是將熱量從一端傳遞到另一端的驅動力。 在微尺度傳熱中， 提高復合材料熱導率的關鍵研究在于圍繞有效的聲子傳輸。

圖1 晶格振動模型（a），聲子擴散模型（b）［7］Fig.1 Lattice vibration model（a），phonon diffusion model（b）［7］

1.1 晶格振動

熱傳輸可以通過固體中的電子和晶格振動來實現(xiàn)。對于金屬相變材料，熱傳輸主要由電子控制。雖然大多數(shù)無機非金屬PCMs 在其離子晶格中有電子束縛，但自由電子很少，不能作為熱傳導載流子。 對于非金屬相變材料，熱傳導主要依賴于晶格的振動。相變材料的熱傳導主要依靠晶格振動［4］。

1.2 聲子擴散

一般情況下，聲子擴散越強，其導熱能力越大，導熱系數(shù)越高。 相反， 非金屬材料中聲子的擴散受阻，導致材料的低導熱。聲子散射會造成能量傳輸?shù)姆较蚋淖兩踔聊孓D， 是非金屬材料熱傳導較差的主要原因。 在包括PCM 在內的幾種復合材料中，聲子散射主要是由填充基體與PCM 之間的失配引起的。具體來說，聲子散射主要影響界面熱阻，從而降低熱流。 聲子散射有3 種類型，聲子-聲子散射、聲子缺陷散射和聲子界面散射。

1）聲子-聲子散射。 聲子由晶格振動產生，是晶格振動的量子。 聲子具有晶體中明顯的類粒子振動模式，因此可以看作準粒子。不同的波在不同的時間傳播，使得許多聲子參與了相互作用。 然而，由于聲子的產生或湮滅，聲子數(shù)并不守恒。三聲子散射是波與波之間最重要的相互作用，決定了波的熱導率。此外，三聲子散射有兩種完全不同的圖，一種為兩個聲子相互作用并結合成第三個聲子；另一種為能量從一個模式分配到另兩個模式。 聲子-聲子碰撞通?？煞譃閮深?，正常過程（過程）、Umklapp 過程（U過程）［5］。

2）聲子缺陷散射。 晶格缺陷會引起聲子的散射，如聲子被反射、衍射或折射，這些都會對聲子輸運產生負面影響。 晶格缺陷主要包括點缺陷、位錯、空位缺陷、雜質等，聲子與缺陷或晶界的碰撞不會改變單個聲子的能量。 但缺陷的存在使晶體的平均自由程變短，從而導致晶體的本征熱導率降低。 然而，即使晶體結構中只有少量雜質， 它們也會對熱導率產生重大影響。顯然，晶體中的雜質不可避免地會產生額外的熱阻，從而導致熱導率的降低。

3）聲子界面散射。 當聲子穿過有限尺寸晶體的邊界時會發(fā)生散射， 從而影響聲子的有效平均自由程。在聲子平均自由程最長的低溫下，聲子邊界散射的影響最為顯著。在納米結構中，當聲子的平均自由程接近材料的特征尺度時， 熱輸運偏離了傅里葉定律。當材料的特征長度小于聲子的平均自由程時，聲子輸運有很大的變化。簡單地說，傳熱也是材料特征長度的函數(shù)，特別是在納米結構或低維材料中。當聲子接近邊界時，會導致兩種邊界散射。一種是鏡面聲子-邊界散射，其中聲子從邊界的反射本質上是鏡面反射；另一種是漫射的，聲子以不同的角度散射。 這兩種散射模式都嚴重阻礙了界面間的熱傳輸。 在復合PCMs 中，聲子散射主要歸因于填料-基體界面聲子失配引起的界面熱阻［6］。

2 二維納米片基復合相變材料

二維納米片的層結構有利于聲子振動和熱傳遞， 并且與相變材料相比具有更低的表面熱阻。 因此，大多數(shù)二維碳基復合相變材料具有更高的熱導率。

2.1 二維碳基納米片復合相變材料

2.1.1 石墨烯

2004 年蓋姆首次提出了一種單原子厚石墨烯納米材料［8］。 石墨烯作為一種新型的二維薄膜碳材料， 是由碳原子以sp2雜化軌道組成的六邊形蜂窩狀晶格。 這種穩(wěn)定的晶格結構為石墨烯提供了優(yōu)異的熱導率。

FLEISCHER 等［9］在石蠟中添加 20%（質量分數(shù)）的石墨烯，并分別比較了碳納米管、鋁、二氧化鈦和石墨烯的復合相變材料的熱導率，如圖2 所示。結果發(fā)現(xiàn)石墨烯與其他導熱增強材料相比導熱系數(shù)提高了280 倍，同時有效縮短30%相變時間，另外石墨烯的加入也提高了相變焓。LI 等［10］制備石墨烯/二十二烷復合材料，在石墨烯濃度為3 mg/cm3時，熱導率是純二十二烷的2 倍。 基于石墨烯有助于二十二烷烴成核，即使石墨烯含量很少，復合相變材料的潛熱也得到一定提升。

圖2 不同類型納米顆粒復合石蠟的導熱系數(shù)［9］Fig.2 Thermal conductivity of different types of nano-particle composite paraffin wax［9］

除了增強熱導率外， 石墨烯還可以作為成核劑大幅度降低水合鹽相變材料的過冷度。PAVLA 等［11］研究了石墨烯對 Mg（NO3）2·6H2O 過冷度和熱導率的影響，結果發(fā)現(xiàn)過冷度從30 ℃降到2.2 ℃，并且發(fā)現(xiàn)在樣品制備過程中施加壓力會導致熱導率顯著增加約60%。 并且提出相變材料的熱導率可以通過施加更高的壓力或添加石墨等熱導率更好的物質來提高。

2.1.2 氧化石墨烯

石墨烯制備工藝復雜，使得石墨烯復合PCM 成本顯著增加。 與石墨烯相比，氧化石墨烯（GO）制備方法簡單，容易實現(xiàn)批量化生產，而且保留了超高價值的原始石墨烯的許多特性，GO 表面基團使氧化石墨烯具有親水性和親油性，有利于氧化石墨烯的納米復合相變材料的形成，受到研究人員的廣泛關注。

QI 等［12］引入氧化石墨烯（GO）片研究相變儲熱材料聚乙二醇（PEG）在固液相變過程中的形狀。 研究了不同 GO 含量的 PEG/GO 復合 PCMs 的熱性能，PEG 的最大質量分數(shù)高達96%， 在高達150 ℃的溫度下未發(fā)生泄漏， 遠遠高于PEG 的熔化溫度。形狀穩(wěn)定的相變材料具有142.8 J/g 的高蓄熱能力，在200 次熔化/冷凍循環(huán)過程中，呈現(xiàn)出良好的熱可靠性。

目前， 相變材料的滲漏也是該領域所面臨的一個巨大挑戰(zhàn)，MEHRALI 等［13］研究了石 墨烯 氧化 物（GO）片材中石蠟真空浸漬制備的新型穩(wěn)定復合相變材料熱性能、熱穩(wěn)定性和可靠性。 復合PCM含有48.3%（質量分數(shù)）的石蠟，沒有熔融PCM 的滲漏，是一種形態(tài)穩(wěn)定的復合PCM。 此外，進行2 500 次熔融/凝固熱循環(huán)實驗，從熱可靠性和化學穩(wěn)定性兩方面驗證了復合相變材料的形態(tài)穩(wěn)定性， 如圖3所示。

圖3 （a）與（b）分別為熱循環(huán)前后復合相變材料的熔融和凝固DSC 曲線［13］Fig.3 （a）Melting and（b）solidification DSC curves of the composite phase change material before and after thermal cycling，respectively［13］

除了上述的優(yōu)勢，氧化石墨烯也能降低過冷度。如 JIN 等［14］將氧化石墨烯（GO）/SrCl2·6H2O 作為二元成核劑，對CaCl2·6H2O 進行改性。 與純CaCl2·6H2O相比，GO/SrCl2·6H2O 的加入使過冷度顯著降低到0.3 ℃。此外，經過 200 次熱循環(huán)后，改性 CaCl2·6H2O的過冷度仍遠低于未改性CaCl2·6H2O。 結果表明，改性 CaCl2·6H2O 的潛熱值和相變溫度分別為207.88 J/g 和27.6 ℃，具有很好的實際應用前景。

2.1.3 膨脹石墨納米片

膨脹石墨納米片（EGNP）通常是通過石墨的插層得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質。 EGNP 由價格低廉、機械性能優(yōu)越的多層石墨烯組成，具有非常高的縱橫比，與碳納米管相當。與膨脹石墨的蠕蟲狀結構相比，EGNP 的多層結構使EGNP 更容易與相變材料結合。因此，添加EGNP 可以改善復合相變材料的電學、熱學和力學性能。

ZHAO 等［15］采用冷壓縮法制備了不同密度和質量分數(shù)的天然膨脹石墨（ENG）/Solar Salt（60 %NaNO3+40%KNO3，均為質量分數(shù)）復合材料，并對其樣品的熱導率、相變性能、熱穩(wěn)定性和微觀結構進行分析。 結果表明， 復合相變材料的最高熱導率為50.78 W/（m·K），是 Solar Salt 的 110 倍，相變潛熱略有下降，但相變溫度沒有明顯變化。

除了高的熱導率， 這種蠕蟲狀的結構更有利于同相變材料相結合，在降低過冷度和防滲漏方面有突出表現(xiàn)。 WU 等［16］采用浸漬法制備了一種新型形狀穩(wěn)定相變材料，以水合鹽為相變材料、膨脹石墨（EG）為支撐材料、并用石蠟作涂層，抑制了水合鹽的相分離，大大降低了過冷度。 EG/水合鹽復合相變材料的熔融焓可達172.3 J/g，導熱系數(shù)可達3.643 W/（m·K），表明其具有良好的導熱性能。 XIA等［17］將 EG 作為有效傳熱促進劑，制備乙酰胺（AC）/膨脹石墨（EG）復合相變材料。 與純AC 相比，在AC中加入10%（質量分數(shù)）的EG 后，復合材料的導熱系數(shù)提高5 倍左右， 而且熔點/凝固點由66.95 ℃/42.46 ℃變?yōu)?65.91 ℃/65.52 ℃，潛熱由 194.92 J/g 下降到163.71 J/g。 此外，潛熱儲能裝置的蓄熱和回熱實驗表明，蓄熱和回熱時間分別縮短了45%和78%。WU 等［18］提出了一種用液態(tài) PCM 浸漬 EG 基體，再壓縮成穩(wěn)定形狀塊的方法制備形狀穩(wěn)定的膨脹石墨/硬脂酸復合相變材料（CPCM）的新方法。 實驗結果表明，采用 25%（質量分數(shù)）的 EG 含量和900 kg/m3填充密度的最佳工藝參數(shù)， 成型穩(wěn)定的EG/SA-CPCM 具有良好的綜合熱性能。 表1 對碳基復合PCMs 的性能做了匯總。

表1 碳基復合PCMs 改性性能Table 1 Modified properties of carbon-based composite PCMs

2.2 氮化硼基相變復合材料

2.2.1 六方氮化硼

近年來， 石墨烯在二維材料領域掀起了一陣研究熱潮， 促進了對這一系列結構類似的二維材料的研究，六方氮化硼（h-BN）作為石墨烯的同構體，由于其超大的比表面積， 且沿面內方向具有超高的導熱率，受到了廣泛的關注。將剝離后的六方氮化硼納米片用于填充改性高分子材料， 可在低填充率下提高聚合物基復合材料的導熱率， 并且可以改善復合材料的熱性能。

六方氮化硼因其超高導熱性能被廣泛應用于提升相變材料的熱導率，LIN 等［19］采用液相剝離法制備了h-BN 納米片， 并對h-BN/環(huán)氧樹脂復合材料的導熱性能進行了研究。 結果表明，當負載量為5%（質量分數(shù)）時，熱導率提升為純物質的1.13 倍，但由于熱邊界電阻較大， 在高填充量下使用h-BN 納米片的效果變得不明顯。 FANG 等［20］在不同負載量的 h-BN 納米片（0、1%、2%、5%和 10%）上制備了一系列石蠟復合相變材料，如圖4 所示。由圖4 可以看出，隨著h-BN 納米片負載量的增加，復合PCMs 的固、 液相導熱系數(shù)提高了60%。 加入h-BN 納米片后，復合PCMs 的熔點和凝固點基本不變，而其熔化潛熱隨載荷的增加略有下降。 此外，復合材料PCMs的導熱系數(shù)的提高也明顯加快了熔化和凝固的傳熱速率。 GU 等［21］采用捏合熱壓法制備了六方氮化硼/聚甲基乙烯基硅氧烷橡膠（h-BN/VMQ）復合材料。隨著h-BN 填料加入量的增加， 材料的導熱系數(shù)（k）、熱擴散系數(shù)（a）均增大。 當 h-BN 填料的體積分數(shù)為 40%時， 對應的 k 和 a 分別為 1.110 W/（m·K）和 1.174 mm2/s， 是純 VMQ 基體的 6 倍 和 9 倍。BARHEMMATI-RAJAB 等［22］研究分析了 CaCl2·6H2O的熱性能。質量分數(shù)為0.5%的h-BN 被分散在熔融的CaCl2·6H2O 中。結果表明，h-BN 能使CaCl2·6H2O 的導熱系數(shù)提高到 1.867 W/（m·K），比純的 1.086 W/（m·K）提高了71.9%， 而融化潛熱和相變材料的比熱分別降低了11.1%和60.9%。 雖然六方氮化硼在熱導率方面有顯著貢獻， 但是作為成核劑在過冷度方面的研究還有待進一步深入。

圖4 不同質量分數(shù)的h-BN 納米片復合石蠟PCMs 在不同溫度下的熱導率［20］Fig.4 Thermalconductivityofh-BNnanosheetcompositeparaffin PCMs with different mass fraction at different temperature［20］

2.2.2 六方氮化硼功能化

六方氮化硼納米片在復合材料制備過程中容易團聚，而且其與有機物、聚合物等基底鏈段之間的相互作用較弱，削弱了其增強作用。 因此，用某些官能團、金屬顆粒、分子和納米復合材料修飾2D-hBN 納米片可以很好地改善上述問題。 并且復合材料的親水/疏水性和導熱性可以通過改變有機基團的類型來調節(jié)。

有機分子之間良好的相容性使有機分子修飾六方氮化硼的研究引起了人們的廣泛關注。 JIANG等［23］采用簡單的自由基聚合方法，將聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA）接枝到 h-BN 表面，如圖 5 所示。然后與環(huán)氧樹脂（EP）復合，以提高EP 復合材料的導熱性能。 在環(huán)氧樹脂中加入3%、9%或15%（質量分數(shù)）的h-BN-PGMA，導熱系數(shù)分別提高60%、203%和505%。 同時，h-BN 的表面改性有利于提高填料與EP 基體的相容性， 降低復合材料的表觀黏度。GUO等［24］采用γ-縮水甘油基丙基三甲氧基硅烷（KH-560）和氨基丙基異丁烷（NH2-POSS）對氮化硼（h-BN）填料進行表面功能化處理，制備了相應的f-BN/PI 復合材料。 NH2-POSS 在 h-BN 填料表面成功接枝。 所有 f-BN/PI 復合材料均表現(xiàn)出比p-BN/PI 復合材料更好的熱導率、 介電性能和熱性能。 f-BN 質量分數(shù)為30%復合材料的導熱系數(shù)為0.71 W/（m·K）， 高于相同量下 p-BN 復合材料的 k值 0.69 W/（m·K）。

圖5 PGMA 接枝 h-BN 的制備工藝［23］Fig.5 Preparation process of PGMA grafted h-BN［23］

另外使用某些金屬及其氧化物在六方氮化硼表面進行修飾，可以實現(xiàn)特定的功能。 CHO 等［25］采用化學氣相沉積法， 用氧化鐵納米粒子對h-BN 納米片進行表面改性， 并在磁場作用下控制其一維排列隨h-BN 含量的變化。 將BN 納米片和聚硅氧烷預聚物的均勻懸浮液澆鑄在玻璃間隔棒上， 并在混合物交聯(lián)前施加磁場，如圖6 所示。 由圖6 可以看出，改性后的h-BN 納米片在水平方向和垂直方向上都與薄膜平面成直線， 這取決于各向異性強的磁通方向， 在聚合物基體中的取向提高了復合薄膜的透射率和熱導率。

圖6 橫截面含體積分數(shù)為5%的氮化硼/聚硅氧烷復合材料［25］Fig.6 Cross-sectional view of oriented BN/polysiloxane composite containing 5%BN［25］

除了從實驗的角度進行表征， 一些研究者也從理論的角度對功能化的六方氮化硼進行研究分析。MA 等［26］采用經典的分子動力學模擬和基于有效介質理論的理論分析模型，研究了C 摻雜、—CH3嫁接和單空位3 種功能化對h-BN/石蠟復合材料導熱性能的影響機理。研究結果表明，功能化會產生聲子雜質散射，從而降低h-BN 的熱傳導。 但是，它可以促進h-BN 平面內和平面外的聲子耦合， 從而促進石蠟與h-BN 之間的能量傳播，最終提高界面熱導率。與原始六方氮化硼（p-BN）相比，功能化h-BN/石蠟復合材料的導熱系數(shù)有一個臨界值。 功能化率為2.5%時，C 摻雜的臨界尺寸可達 9.1 μm。 當 C 摻雜h-BN 的粒徑為2 μm 時，復合材料的導熱系數(shù)比p-BN/石蠟提高了30%，比石蠟提高了10 倍。 表2 對六方氮化硼基復合PCMs 性能進行了匯總。

表2 六方氮化硼基復合PCMs 改性性能Table 2 Modified properties of hexagonal boron nitride-based composite PCMs

2.3 其他二維納米材料

除了石墨烯和六方氮化硼外， 二硫化鉬（MoS2）作為一種典型的過渡金屬二維層狀化合物出現(xiàn)在 人 們 的 視 野 中 。 MADATHIL 等［27］在 HPHTF-A［67%KNO3、19% Ca（NO3）2·4H2O、14% LiNO3，均 為質量分數(shù)］中加入二維二硫化鉬進行改性，使得復合PCM 液態(tài)比熱容提高了14.4%，導熱率提高了2.9%。

MXene 是一類新型的二維納米片，隨著MXene材料在生物醫(yī)學、機械、電磁干擾屏蔽、傳感器等方面的迅速發(fā)展， 吸引研究者們將目光投放在提升儲熱材料的熱性能方面。 DU 等［28］在聚乙二醇相變材料中引入多巴胺修飾的 MXene（Ti3C2Tx@PDA），復合相變材料的太陽熱轉換和儲存效率高達90.1%，相比較純的PEG 熱導率提升了48.7%，同時具有良好的熱穩(wěn)定性， 這表明其在太陽能利用領域具有巨大的潛力。 SHENG 等［29］通過簡單的浸漬工藝，設計并制備了一種新型的生物基柚皮泡沫（PPF）/聚乙二醇（PEG）復合相變材料，并對其進行了低負載MXene 納米片的改性， 以提高其光熱轉換效率、熱能儲存能力和導熱性能。 隨著MXene 納米片的引入，光熱轉換效率明顯提高，聚乙二醇在形態(tài)穩(wěn)定復合相變材料中的負載量從86.9%增加到96.2%（質量分數(shù)），所得PPF@MXene/聚乙二醇復合相變材料的熱導率也從 0.25 W/（m·K）增加到 0.42 W/（m·K）。

3 二維納米片基復合相變材料的實際應用

近年來， 研究者們不僅僅局限在對相變材料的改性研究， 同時也將改性的復合相變材料在各個行業(yè)進行實際應用，并取得了良好的效果。在建筑行業(yè)中，CUI 等［30］采用界面聚合法制備了石墨改性相變微膠囊，以提高相變材料的導熱性能。然后將微膠囊添加到水泥漿中，發(fā)現(xiàn)水泥的蓄熱性能得到了改善。經過3 d 水合熱總量從216 J/g 降至159 J/g，在水泥中加入改性相變微膠囊可以降低和延緩水合熱，有利于減少水泥漿體開裂。 雖然加入微膠囊后水泥的抗壓和抗彎強度降低， 但抗壓和抗彎強度仍然足夠高。 ZHANG 等［31］將月桂酸-肉豆蔻酸（LA-MA）吸附到膨脹石墨（EG）中，通過在水泥砂漿中摻入LAMA/EG 復合材料制備了相變砂漿。 結果表明，制備的LA-MA/EG 復合材料具有良好的熱穩(wěn)定性和耐堿性，熱循環(huán)實驗后質量損失小于3%，在飽和氫氧化鈣溶液中浸泡7 d 質量損失為10.14%，砂漿在建筑中可以起到很好的控溫和延緩溫度變化的作用。WANG 等［32］制備了一種由膨脹石墨、高密度聚乙烯和石蠟組成的形狀穩(wěn)定的聚碳酸酯磚， 在不同的實驗條件下， 分別建造了兩個由PCMs 磚和普通磚組成的尺寸為 1.5 m×1.5 m 的墻體。 結果表明，PCMs 磚平均壓縮和拉伸強度分別為5.11 MPa 和3.70 MPa，可以在框架結構的建筑中應用， 并且在18～24 ℃的溫度范圍內， 相變材料壁磚的儲熱能力比普通磚高61%， 但是在夏季和冬季的情況下都將表現(xiàn)出易損壞性，在熱箱實驗過程中，觀察到嚴重的蒸發(fā)泄漏。

復合相變材料在電池熱管理中， 有效解決了電池工作過程中的放熱問題， 大大提升了電池的使用壽命和效率。 LING 等［33］以 44 ℃發(fā)生相變的材料（RT44HC）與膨脹石墨和氣相二氧化硅進行復合，并且在 10 ℃下、0.5C、1C、1.5C 和 2C 進行 20 多次充放電循環(huán)。結果表明，RT44HC/氣相二氧化硅復合材料的低熱導率導致電池組上的溫差比無相變材料的情況更高，導致電壓分布不均勻，從而導致充電和放電過早結束。 然而，高導熱的RT44HC/EG 復合相變材料可以縮小電池之間的溫度變化， 從而有助于減少電壓差。HUANG 等［34］將 EG/石蠟復合相變材料在4 MPa 壓力下壓制成空圓柱試樣用于鋰離子電池熱管理， 分析了復合相變材料對鋰離子電池的熱管理。 復合相變材料的加入有效降低了鋰離子電池在工作過程中的升溫速率。 當EG 質量分數(shù)為16%～20%時， 復合相變材料對鋰離子電池的熱管理效率最高。LIN 等［35］在磷酸鐵鋰電池的 PCM 被動熱管理系統(tǒng)中加入石墨，以改善熱性能，使熱量在管理系統(tǒng)中均勻分布。發(fā)現(xiàn)工作3 500 s 后，不含PCM 和石墨的電池溫度比含PCM 和石墨的電池高10 ℃。

除了上述行業(yè)之外， 復合PCMs 在太陽能換熱系統(tǒng)中提升換熱效率、 提高光熱吸收方面也發(fā)揮了很大的優(yōu)勢。 SUN 等［36］以石墨烯/石蠟復合 PCMs為傳熱流體，應用于太陽能水熱-相變材料（SWHPCM）系統(tǒng)。 通過與傳統(tǒng)太陽能水熱系統(tǒng)（SWH）的對比， 對SWH-PCM 系統(tǒng)的熱性能進行了實驗研究。 結果表明，SWH-PCM 系統(tǒng)比SWH 系統(tǒng)具有更高的儲熱能力。SWH-PCM 系統(tǒng)和SWH 系統(tǒng)的蓄熱都隨著太陽輻照度的增加而增加，而熱效率則相反。SWH-PCM 系統(tǒng)的流動速率對熱效率的影響大于SWH 系統(tǒng)。 當流量為 200 L/h 時，SWH-PCM 系統(tǒng)的熱效率比 SWH 系統(tǒng)高 14.21%。 XIAO 等［37］制備了2 種復合相變材料，即三水合醋酸鈉（SAT）/EG 和SAT/GO/EG， 并研究了它們的熱物理特性和太陽能吸收性能。測試結果表明，氧化石墨烯對復合相變材料的熱性能和太陽能吸收性能影響不大。 但可以顯著提高復合PCM 的形狀穩(wěn)定性。 密度越高，體積儲熱能力越大。當密度增加到1 g/cm3時，SAT/EG 表現(xiàn)出嚴重的泄漏， 而SAT/GO/EG 仍能保持形狀穩(wěn)定性。設計了一種新型太陽能熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時采用了太陽能吸收物質和蓄熱介質。在太陽輻射下，相變材料具有63.7%的高太陽能吸收效率。 在熱交換過程中，10 L 水的溫度可以在25 min 內從25 ℃升高到38.2 ℃，太陽能輻射轉化為水吸收的熱量的能量轉換效率高達54.5%， 表明該新型系統(tǒng)具有良好的應用效果。ZHANG 等［17］將乙酰胺作為相變材料應用于太陽能系統(tǒng)。 當乙酰胺中加入10%（質量分數(shù)）的EG 時，復合相變材料的導熱系數(shù)提高了5 倍。結果，復合相變材料的蓄熱和放熱率得到了有效提高，潛熱蓄能裝置的蓄熱和熱回收時間分別縮短了45%和78%。

總的來說，碳基二維納米片復合相變材料得到人們廣泛的研究，但是六方氮化硼、二硫化鉬、MXene 等新型二維復合相變材料還有待研究者們進一步開發(fā)和應用。

4 總結和展望

隨著科學技術的不斷深入， 關于二維納米片與相變材料的研究已經取得了豐碩的研究成果， 并且主要的研究方向主要集中在：1）二維納米材料、相變材料的選擇及制備；2）二維納米片的改性研究，使其在不同相變材料中發(fā)揮更大的優(yōu)勢；3）復合相變材料的開發(fā)與應用。盡管相變材料有儲能密度高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但它的應用范圍仍有限，大多數(shù)均停留在實驗階段，能真正用于實際生產的材料卻很少，所以開發(fā)具有較高導熱性能、 熱穩(wěn)定性能、 力學性能、 光吸收性能和防漏性能的新型復合相變儲熱材料，并在各個行業(yè)中應用是今后發(fā)展的重點。相信隨著研究的不斷深入， 復合相變儲熱材料會有更為廣闊的應用前景，帶來巨大的經濟利益。