张永毅、李清文在3D打印豆荚结构光热相变储能微格研究方面获进展

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将太阳光转化成热能并进行有效存储是太阳能利用的重要方式，相变材料（PCM）光热能量捕获和储存因其具有高能量储存和释放能力、相变时温度变化小、可重复利用、长期稳定等特点，在太阳能的高效转换与开发方面有巨大应用潜力。PCM的有效和可靠封装是实现高性能光热能量捕获和储存的关键。然而，传统PCM封装技术在相变时容易发生泄漏，并且难以实现规模化制备，限制了其光热能量利用。因此，探索发展合适的PCM封装技术，实现光热PCM装置的高效能量存储/释放、融化PCM抗渗漏和易于规模化制备，仍然是一个巨大挑战。
　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张永毅研究员、李清文研究员，河南理工大学杨政鹏教授受天然豆类结构启发，提出了基于挤出的核-鞘3D打印策略构建豆荚结构正十八烷(OD)/石墨烯(BOG)相变微格的方法。相变微格具有规则的多孔结构，OD“豆”被独立有效封装在由紧密堆叠和排列的石墨烯薄片构成的高度互联石墨烯网络包裹层中。独特的结构特征有利于光扩散进入相变微格内部、快速光热能量捕获和传递，因而具有较高的潜热、光热能量储存容量和效率。同时，相变微格具有优异的热可靠性和稳定性，即使在多次循环和部分破损的BOG中也不会发生泄漏和形状变化。此工作显示了3D打印技术在PCM封装方面的可行性，为构建基于PCM的光热能量储存装置提供了新策略。

　　   图1 相变储能微格的仿生结构设计

　　该研究获得国家重点研发计划（2016YFA0203301）、国家自然科学基金（51862035，52062048）等项目的资助，谨此感谢。河南理工大学杨政鹏和贾胜敏为论文共同一作，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张永毅研究员和李清文研究员为论文通讯作者。


      文章来源：苏州纳米所
        张永毅，2008年获北京大学化学与分子工程学院物理化学专业博士。现任中科院苏州纳米所南昌研究院纳米材料研究部主任、博士生导师、南昌大学兼职教授、江西省烯碳材料重点实验室主任、南昌市纳米碳材料应用技术重点实验室主任，中科院青促会会员，享南昌市政府特殊津贴，江苏省“企业创新岗位”特聘专家。长期从事石墨烯、碳纳米管等纳米碳材料的可控制备、控制组装、性能调控与产业应用技术研究。曾获江苏省科技奖三等奖（2014，排名第二）。近年来编著《碳纳米管纤维》专著1本，发表SCI论文40余篇，申请专利40余项。主持国家自然科学基金3项、省部级项目多项；骨干参与国家重点研发计划、总装、科技委、中科院重点等重大项目10余项。Carbon等国际期刊特邀审稿人。
        李清文，中科院“百人计划”研究员，博士生导师，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所副所长。获国务院政府特殊津贴（2015）、江苏省333工程第二层次培养对象（2016）、江苏省科技进步三等奖（2014）、苏州工业园区领军人才（2011）、江苏省创新创业人才（2009）等。国际著名“Carbon”和“Advanced electronic materials”杂志编委。2000年获得清华大学化学系博士学位；2001/3-2007/12间分别在北京大学化学系、英国剑桥大学材料系和美国Los Alamos 国家实验室以博士后和助理研究员身份从事碳纳米管制备与应用研究。2008/1回国致力于纳米碳低成本可控制备、多级结构加工以及纳米碳宏观体在功能复合材料和能源方面应用研究，曾主持和参与多项科技部纳米专项、基金委重点及面上、江苏省成果转化重点项目、总装预研重点项目等，高纯度半导体碳纳米管分离、碳纳米管纤维与薄膜连续制备技术等已成功获得技术转化，相关成果在Nature、Nature materials、Nature nanotechnology, Adv. Mat., JACS, ACS Nano, Small等著名国际期刊上发表学术论文100余篇，引用次数逾4000次，获得授权发明专利30余项。
        杨政鹏，男，1981年10月出生，博士，教授，博士生导师，新能源材料与器件系主任，中国化学会和中国化工学会会员，河南省高校科技创新人才，河南省教育厅学术技术带头人，河南省高等学校青年骨干教师