基于CH3COONa·3H2O-Na2S2O3·5H2O-尿素/膨胀石墨复合相变材料的建筑节能性能研究

为解决建筑行业高能耗问题，研究人员开发了SAT-STP-urea/EG复合相变材料（CPCM）。通过水浴加热溶解三元水合盐（SAT、STP、尿素）并负载于膨胀石墨（EG），获得相变温度37.4°C、熔融焓160.3 J/g、导热系数6.819 W/(m·K)的CPCM。该材料兼具防泄漏性和热循环稳定性，为建筑围护结构热管理提供新方案。

　　

在全球能源危机与"双碳"目标背景下，建筑行业作为能耗大户面临严峻挑战。传统保温材料仅能被动隔热，无法调节温度波动，且存在易燃风险。相变材料（PCM）因其通过相变潜热储/释能的特性成为研究热点，但无机水合盐类PCM存在导热差、易泄漏等缺陷。

武汉自然基金（No. 2024040801020333）和湖北省自然科学基金（No. 2025AFB333）支持的研究团队在《Materials Advances》发表成果，创新性地将硫代硫酸钠五水合物（Na₂S₂O₃·5H₂O, STP）、醋酸钠三水合物（CH₃COONa·3H₂O, SAT）与尿素构成三元共晶体系，并采用膨胀石墨（EG）作为载体，开发出兼具高导热与形状稳定性的复合相变材料（CPCM）。

研究采用差示扫描量热法（DSC）筛选最佳配比，通过扫描电镜（SEM）、氮气吸附-脱附、X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FT-IR）表征材料特性。热循环测试和泄漏实验验证长期稳定性，导热系数测试采用Hot Disk热常数分析仪。

STP-SAT质量比确定
DSC分析显示72wt% STP+28wt% SAT组合相变温度37.4°C，完美匹配建筑舒适温度区间（19-40°C）。尿素添加量优化至6%后，共晶体系潜热提升至160.3 J/g。

EG的增效机制
SEM显示EG的蠕虫状结构有效包覆PCM，孔隙率分析证实物理吸附作用。14wt% EG添加使导热系数达6.819 W/(m·K)，较纯PCM提升7.56倍。XRD与FT-IR证明EG与PCM仅为物理结合，未产生新化学键。

热可靠性验证
200次冷热循环后CPCM相变焓保持率>95%，泄漏测试显示EG的毛细作用可完全阻止熔融态PCM渗出。

该研究开创性地将STP-SAT-urea/EG复合材料应用于建筑围护结构，其相变温度精准匹配人体舒适区，6.819 W/(m·K)的导热系数远超常规PCM，160.3 J/g的高潜热值可实现高效储热。特别值得注意的是，材料在200次循环后仍保持稳定性能，解决了水合盐类PCM易相分离的行业难题。这项成果为发展智能调温建筑材料提供了新范式，对实现建筑领域"双碳"目标具有重要实践价值。