新型共晶固-固相变材料与气凝胶复合水泥砂浆瓷砖的制备及储热性能研究

本文推荐研究人员针对建筑能耗高、温室气体排放严重的问题，通过改性液相反应法(MLPR)合成新型共晶固-固相变材料(SSPCM)，并与气凝胶复合制备AEPCM瓷砖。研究表明该材料具有80.423 J/g的高潜热值，35-55°C相变范围，73 MPa抗压强度及11.1%吸水率，红外实验显示其时间延迟效应显著，热性能指标(TPI)最高达125.3%，为建筑节能提供了创新解决方案。

　　

随着全球能源危机加剧，建筑领域贡献了40%的能源消耗和33%的二氧化碳排放，其中建筑材料的热管理成为关键科学问题。传统固-液相变材料(SLPCM)存在泄漏、封装复杂等问题，而固-固相变材料(SSPCM)虽具有形状稳定性优势，却面临潜热值低、适用材料少的瓶颈。与此同时，轻质混凝土的热绝缘性能与机械强度难以兼顾，气凝胶虽具有超低导热系数(0.003-0.02 W/m·K)，但其在碱性水泥环境中的稳定性尚未明确。

印度国立技术学院蒂鲁吉拉伯利分校(National Institute of Technology, Tiruchirappalli)的B. Pitchia Krishnan团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，通过改性液相反应法(MLPR)创新性地合成锰基层状钙钛矿型共晶SSPCM，以十二胺(n=12)和辛胺(n=8)按95:5比例制备，并与疏水气凝胶复合开发出新型AEPCM瓷砖。研究采用差示扫描量热法(DSC)测定相变特性，通过热重分析(TGA)评估稳定性，结合扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析微观结构，并建立红外灯加热实验平台模拟建筑热环境。

材料与表征
通过MLPR法合成的SSPCM显示80.423 J/g的加热潜热，相变区间35-55°C，泄漏测试证实其优异形状稳定性。气凝胶的引入使瓷砖导热系数降至0.026 W/m·K以下，同时保持73 MPa抗压强度。

热性能分析
在40-70W热源下，AEPCM瓷砖较普通水泥砖呈现显著时间延迟（最高达4.2小时），递减因子降低37%。TPI指标随功率升高呈非线性增长，70W时达125.3%，证明其在高热负荷下的卓越缓冲能力。

机械性能
气凝胶的纳米多孔结构使吸水率控制在11.1%，XRD证实水泥水化产物与SSPCM晶体结构兼容，SEM显示气凝胶颗粒均匀分散于水泥基体中。

该研究突破性地解决了SSPCM低潜热与建筑材料强度-隔热矛盾问题，MLPR法将合成时间缩短60%，层状钙钛矿结构使材料经历1000次热循环后仍保持92%性能。AEPCM瓷砖实现"一材多能"：结构支撑、温度调节（昼夜温差降低8°C）、能耗节约三位一体，为热带地区建筑被动式降温提供新范式。研究团队建议未来开展多季节实地测试，并探索SSPCM-气凝胶体系在光伏建筑一体化(BIPV)中的应用潜力。