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基于相變材料（PCM）的潛熱熱能儲存技術(shù)在間歇性太陽能和熱能的高效穩(wěn)定利用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，導(dǎo)熱系數(shù)低和機(jī)械強(qiáng)度差是傳統(tǒng)相變材料的瓶頸，阻礙了其廣泛應(yīng)用。在這里，我們通過將 MXene 摻雜到 SiC 骨架中成功地提高了多孔 SiC 基復(fù)合相變材料 (CPCM) 的導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度，這優(yōu)于最先進(jìn)的陶瓷 CPCM。MXene 摻雜 CPCM 的熱導(dǎo)率在 72.9% 的孔隙率下達(dá)到 15.21 W/(m·K)，比未摻雜的對應(yīng)物高 25%。潛在機(jī)制在于 MXene 表面的氧化層在高溫下熔化，填充 SiC 晶粒之間的空隙并優(yōu)化熱傳輸路徑。

與原始 SiC 骨架相比，MXene 摻雜骨架的抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別提高了 20% 和 29%。這是因?yàn)閺难趸瘜又腥コ?MXene 分散在陶瓷基體中，并通過拉出、裂紋偏轉(zhuǎn)和斷裂模式的改變提高了復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度。還展示了卓越的循環(huán)穩(wěn)定性和抗熱震性。高導(dǎo)熱性、強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度、出色的穩(wěn)定性和高太陽能吸收率使制備的復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的雙功能熱能和太陽能存儲。

精彩呈現(xiàn)

●?通過 MXene 摻雜的 CPCM 同時(shí)實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性和穩(wěn)健的機(jī)械性能。

●?導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到 15.21 W/(m·K)，摻雜 MXene 后提高了 25%。

●?抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度相應(yīng)提高了20%和29%。

●?表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和抗熱震性。

圖文參考

總結(jié)

總之，提出了一種策略來開發(fā)同時(shí)具有增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性的 MXene 增強(qiáng) SiC 陶瓷基 CPCM，這優(yōu)于最先進(jìn)的陶瓷 CPCM。與原始骨架相比，制造的 SiC-MXene 骨架的抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別提高了 20% 和 29%。負(fù)載 PCM 后，CPCM 的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到 15.21 W/(m·K)，孔隙率為 72.9%，提高了約 25%。機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性增強(qiáng)的機(jī)制歸因于 MXene 表面的氧化層在高溫下熔化并填充 SiC 晶粒之間的空隙，從而優(yōu)化了原有的導(dǎo)熱路徑。憑借拉出、裂紋偏轉(zhuǎn)和斷裂模式的改變，分散在陶瓷基體中的氧化物剝離 MXene 片提高了復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度。此外，所制備的 CPCM 具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在 1000 次循環(huán)后熱導(dǎo)率僅下降 4.7%，熱響應(yīng)率變化不明顯。還展示了在直接太陽照射下出色的熱穩(wěn)定性、抗熱震性和高效的太陽熱能儲存。這項(xiàng)工作為通過陶瓷基潛熱儲熱復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)高儲熱性能和良好的機(jī)械魯棒性提供了新途徑。