二维纳米片基复合相变储热材料研究进展

闫 琛，刘汉涛

（中北大学，山西太原 030051）

随着环境污染和能源缺乏问题日益显著， 解决能源危机、 提高能源利用效率已成为国内外研究的热点。相变储热材料可实现能量供应与需求的平衡，其在能源、航天、建筑、农业、化工等诸多领域具有广泛的应用前景［1］。

相变材料可分为两大类［2］，有机相变材料和无机相变材料。 材料储热的本质是将一定形式的能量在特定的条件下储存起来， 并在特定的条件下加以释放和利用。 相变材料在相变过程中产生较高的焓变，比常规显热储存具有更高的储热密度，同时相变储热系统质量轻、 体积小， 可以带来相对较低的成本， 因此相变储热材料在提高能源利用效率方面显示出巨大的潜力。相变材料的导热、蓄热能力是影响相变材料储热性能的重要指标， 但它们的实际应用受到导热率低、存在相分离、弱光热转换的阻碍。 为了解决相变材料存在的问题， 在相变材料中添加金属、金属氧化物、聚合物等纳米颗粒被广泛认为是提高相变材料热性能常用的方法。 但是用于改善热性能典型的纳米材料，如Al2O3、TiO2和CuO 等纳米颗粒，其热导率通常较低。相比较而言，二维纳米片，如石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼以及MXene 等，作为一种新型的高导热率、高长径比填料，可以在复合材料中间形成导热链，以减少声子散射，提高导热性，同时作为成核剂起到降低过冷度的作用［3］，具有显著提升复合材料热性能的潜力。

本文首先阐述提升热性能的机理， 然后对各种二维纳米片提升相变材料储热性能方面的研究进展进行了归纳总结， 并对二维纳米片复合相变储热材料的未来发展方向进行了展望。

1 导热机理概述

影响复合PCMs 热导率的因素很多， 从微观的角度来看， 目前人们普遍认同晶格振动和声子传输是影响热导率的主要原因，如图1 所示。 晶格振动，使晶体原子在格点附近振动产生热量， 而声子是将热量从一端传递到另一端的驱动力。 在微尺度传热中， 提高复合材料热导率的关键研究在于围绕有效的声子传输。

图1 晶格振动模型（a），声子扩散模型（b）［7］Fig.1 Lattice vibration model（a），phonon diffusion model（b）［7］

1.1 晶格振动

热传输可以通过固体中的电子和晶格振动来实现。对于金属相变材料，热传输主要由电子控制。虽然大多数无机非金属PCMs 在其离子晶格中有电子束缚，但自由电子很少，不能作为热传导载流子。 对于非金属相变材料，热传导主要依赖于晶格的振动。相变材料的热传导主要依靠晶格振动［4］。

1.2 声子扩散

一般情况下，声子扩散越强，其导热能力越大，导热系数越高。 相反， 非金属材料中声子的扩散受阻，导致材料的低导热。声子散射会造成能量传输的方向改变甚至逆转， 是非金属材料热传导较差的主要原因。 在包括PCM 在内的几种复合材料中，声子散射主要是由填充基体与PCM 之间的失配引起的。具体来说，声子散射主要影响界面热阻，从而降低热流。 声子散射有3 种类型，声子-声子散射、声子缺陷散射和声子界面散射。

1）声子-声子散射。 声子由晶格振动产生，是晶格振动的量子。 声子具有晶体中明显的类粒子振动模式，因此可以看作准粒子。不同的波在不同的时间传播，使得许多声子参与了相互作用。 然而，由于声子的产生或湮灭，声子数并不守恒。三声子散射是波与波之间最重要的相互作用，决定了波的热导率。此外，三声子散射有两种完全不同的图，一种为两个声子相互作用并结合成第三个声子；另一种为能量从一个模式分配到另两个模式。 声子-声子碰撞通常可分为两类，正常过程（过程）、Umklapp 过程（U过程）［5］。

2）声子缺陷散射。 晶格缺陷会引起声子的散射，如声子被反射、衍射或折射，这些都会对声子输运产生负面影响。 晶格缺陷主要包括点缺陷、位错、空位缺陷、杂质等，声子与缺陷或晶界的碰撞不会改变单个声子的能量。 但缺陷的存在使晶体的平均自由程变短，从而导致晶体的本征热导率降低。 然而，即使晶体结构中只有少量杂质， 它们也会对热导率产生重大影响。显然，晶体中的杂质不可避免地会产生额外的热阻，从而导致热导率的降低。

3）声子界面散射。 当声子穿过有限尺寸晶体的边界时会发生散射， 从而影响声子的有效平均自由程。在声子平均自由程最长的低温下，声子边界散射的影响最为显著。在纳米结构中，当声子的平均自由程接近材料的特征尺度时， 热输运偏离了傅里叶定律。当材料的特征长度小于声子的平均自由程时，声子输运有很大的变化。简单地说，传热也是材料特征长度的函数，特别是在纳米结构或低维材料中。当声子接近边界时，会导致两种边界散射。一种是镜面声子-边界散射，其中声子从边界的反射本质上是镜面反射；另一种是漫射的，声子以不同的角度散射。 这两种散射模式都严重阻碍了界面间的热传输。 在复合PCMs 中，声子散射主要归因于填料-基体界面声子失配引起的界面热阻［6］。

2 二维纳米片基复合相变材料

二维纳米片的层结构有利于声子振动和热传递， 并且与相变材料相比具有更低的表面热阻。 因此，大多数二维碳基复合相变材料具有更高的热导率。

2.1 二维碳基纳米片复合相变材料

2.1.1 石墨烯

2004 年盖姆首次提出了一种单原子厚石墨烯纳米材料［8］。 石墨烯作为一种新型的二维薄膜碳材料， 是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六边形蜂窝状晶格。 这种稳定的晶格结构为石墨烯提供了优异的热导率。

FLEISCHER 等［9］在石蜡中添加 20%（质量分数）的石墨烯，并分别比较了碳纳米管、铝、二氧化钛和石墨烯的复合相变材料的热导率，如图2 所示。结果发现石墨烯与其他导热增强材料相比导热系数提高了280 倍，同时有效缩短30%相变时间，另外石墨烯的加入也提高了相变焓。LI 等［10］制备石墨烯/二十二烷复合材料，在石墨烯浓度为3 mg/cm3时，热导率是纯二十二烷的2 倍。 基于石墨烯有助于二十二烷烃成核，即使石墨烯含量很少，复合相变材料的潜热也得到一定提升。

图2 不同类型纳米颗粒复合石蜡的导热系数［9］Fig.2 Thermal conductivity of different types of nano-particle composite paraffin wax［9］

除了增强热导率外， 石墨烯还可以作为成核剂大幅度降低水合盐相变材料的过冷度。PAVLA 等［11］研究了石墨烯对 Mg（NO3）2·6H2O 过冷度和热导率的影响，结果发现过冷度从30 ℃降到2.2 ℃，并且发现在样品制备过程中施加压力会导致热导率显著增加约60%。 并且提出相变材料的热导率可以通过施加更高的压力或添加石墨等热导率更好的物质来提高。

2.1.2 氧化石墨烯

石墨烯制备工艺复杂，使得石墨烯复合PCM 成本显著增加。 与石墨烯相比，氧化石墨烯（GO）制备方法简单，容易实现批量化生产，而且保留了超高价值的原始石墨烯的许多特性，GO 表面基团使氧化石墨烯具有亲水性和亲油性，有利于氧化石墨烯的纳米复合相变材料的形成，受到研究人员的广泛关注。

QI 等［12］引入氧化石墨烯（GO）片研究相变储热材料聚乙二醇（PEG）在固液相变过程中的形状。 研究了不同 GO 含量的 PEG/GO 复合 PCMs 的热性能，PEG 的最大质量分数高达96%， 在高达150 ℃的温度下未发生泄漏， 远远高于PEG 的熔化温度。形状稳定的相变材料具有142.8 J/g 的高蓄热能力，在200 次熔化/冷冻循环过程中，呈现出良好的热可靠性。

目前， 相变材料的渗漏也是该领域所面临的一个巨大挑战，MEHRALI 等［13］研究了石 墨烯 氧化 物（GO）片材中石蜡真空浸渍制备的新型稳定复合相变材料热性能、热稳定性和可靠性。 复合PCM含有48.3%（质量分数）的石蜡，没有熔融PCM 的渗漏，是一种形态稳定的复合PCM。 此外，进行2 500 次熔融/凝固热循环实验，从热可靠性和化学稳定性两方面验证了复合相变材料的形态稳定性， 如图3所示。

图3 （a）与（b）分别为热循环前后复合相变材料的熔融和凝固DSC 曲线［13］Fig.3 （a）Melting and（b）solidification DSC curves of the composite phase change material before and after thermal cycling，respectively［13］

除了上述的优势，氧化石墨烯也能降低过冷度。如 JIN 等［14］将氧化石墨烯（GO）/SrCl2·6H2O 作为二元成核剂，对CaCl2·6H2O 进行改性。 与纯CaCl2·6H2O相比，GO/SrCl2·6H2O 的加入使过冷度显著降低到0.3 ℃。此外，经过 200 次热循环后，改性 CaCl2·6H2O的过冷度仍远低于未改性CaCl2·6H2O。 结果表明，改性 CaCl2·6H2O 的潜热值和相变温度分别为207.88 J/g 和27.6 ℃，具有很好的实际应用前景。

2.1.3 膨胀石墨纳米片

膨胀石墨纳米片（EGNP）通常是通过石墨的插层得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。 EGNP 由价格低廉、机械性能优越的多层石墨烯组成，具有非常高的纵横比，与碳纳米管相当。与膨胀石墨的蠕虫状结构相比，EGNP 的多层结构使EGNP 更容易与相变材料结合。因此，添加EGNP 可以改善复合相变材料的电学、热学和力学性能。

ZHAO 等［15］采用冷压缩法制备了不同密度和质量分数的天然膨胀石墨（ENG）/Solar Salt（60 %NaNO3+40%KNO3，均为质量分数）复合材料，并对其样品的热导率、相变性能、热稳定性和微观结构进行分析。 结果表明， 复合相变材料的最高热导率为50.78 W/（m·K），是 Solar Salt 的 110 倍，相变潜热略有下降，但相变温度没有明显变化。

除了高的热导率， 这种蠕虫状的结构更有利于同相变材料相结合，在降低过冷度和防渗漏方面有突出表现。 WU 等［16］采用浸渍法制备了一种新型形状稳定相变材料，以水合盐为相变材料、膨胀石墨（EG）为支撑材料、并用石蜡作涂层，抑制了水合盐的相分离，大大降低了过冷度。 EG/水合盐复合相变材料的熔融焓可达172.3 J/g，导热系数可达3.643 W/（m·K），表明其具有良好的导热性能。 XIA等［17］将 EG 作为有效传热促进剂，制备乙酰胺（AC）/膨胀石墨（EG）复合相变材料。 与纯AC 相比，在AC中加入10%（质量分数）的EG 后，复合材料的导热系数提高5 倍左右， 而且熔点/凝固点由66.95 ℃/42.46 ℃变为 65.91 ℃/65.52 ℃，潜热由 194.92 J/g 下降到163.71 J/g。 此外，潜热储能装置的蓄热和回热实验表明，蓄热和回热时间分别缩短了45%和78%。WU 等［18］提出了一种用液态 PCM 浸渍 EG 基体，再压缩成稳定形状块的方法制备形状稳定的膨胀石墨/硬脂酸复合相变材料（CPCM）的新方法。 实验结果表明，采用 25%（质量分数）的 EG 含量和900 kg/m3填充密度的最佳工艺参数， 成型稳定的EG/SA-CPCM 具有良好的综合热性能。 表1 对碳基复合PCMs 的性能做了汇总。

表1 碳基复合PCMs 改性性能Table 1 Modified properties of carbon-based composite PCMs

2.2 氮化硼基相变复合材料

2.2.1 六方氮化硼

近年来， 石墨烯在二维材料领域掀起了一阵研究热潮， 促进了对这一系列结构类似的二维材料的研究，六方氮化硼（h-BN）作为石墨烯的同构体，由于其超大的比表面积， 且沿面内方向具有超高的导热率，受到了广泛的关注。将剥离后的六方氮化硼纳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复合材料的导热率， 并且可以改善复合材料的热性能。

六方氮化硼因其超高导热性能被广泛应用于提升相变材料的热导率，LIN 等［19］采用液相剥离法制备了h-BN 纳米片， 并对h-BN/环氧树脂复合材料的导热性能进行了研究。 结果表明，当负载量为5%（质量分数）时，热导率提升为纯物质的1.13 倍，但由于热边界电阻较大， 在高填充量下使用h-BN 纳米片的效果变得不明显。 FANG 等［20］在不同负载量的 h-BN 纳米片（0、1%、2%、5%和 10%）上制备了一系列石蜡复合相变材料，如图4 所示。由图4 可以看出，随着h-BN 纳米片负载量的增加，复合PCMs 的固、 液相导热系数提高了60%。 加入h-BN 纳米片后，复合PCMs 的熔点和凝固点基本不变，而其熔化潜热随载荷的增加略有下降。 此外，复合材料PCMs的导热系数的提高也明显加快了熔化和凝固的传热速率。 GU 等［21］采用捏合热压法制备了六方氮化硼/聚甲基乙烯基硅氧烷橡胶（h-BN/VMQ）复合材料。随着h-BN 填料加入量的增加， 材料的导热系数（k）、热扩散系数（a）均增大。 当 h-BN 填料的体积分数为 40%时， 对应的 k 和 a 分别为 1.110 W/（m·K）和 1.174 mm2/s， 是纯 VMQ 基体的 6 倍 和 9 倍。BARHEMMATI-RAJAB 等［22］研究分析了 CaCl2·6H2O的热性能。质量分数为0.5%的h-BN 被分散在熔融的CaCl2·6H2O 中。结果表明，h-BN 能使CaCl2·6H2O 的导热系数提高到 1.867 W/（m·K），比纯的 1.086 W/（m·K）提高了71.9%， 而融化潜热和相变材料的比热分别降低了11.1%和60.9%。 虽然六方氮化硼在热导率方面有显著贡献， 但是作为成核剂在过冷度方面的研究还有待进一步深入。

图4 不同质量分数的h-BN 纳米片复合石蜡PCMs 在不同温度下的热导率［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

六方氮化硼纳米片在复合材料制备过程中容易团聚，而且其与有机物、聚合物等基底链段之间的相互作用较弱，削弱了其增强作用。 因此，用某些官能团、金属颗粒、分子和纳米复合材料修饰2D-hBN 纳米片可以很好地改善上述问题。 并且复合材料的亲水/疏水性和导热性可以通过改变有机基团的类型来调节。

有机分子之间良好的相容性使有机分子修饰六方氮化硼的研究引起了人们的广泛关注。 JIANG等［23］采用简单的自由基聚合方法，将聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）接枝到 h-BN 表面，如图 5 所示。然后与环氧树脂（EP）复合，以提高EP 复合材料的导热性能。 在环氧树脂中加入3%、9%或15%（质量分数）的h-BN-PGMA，导热系数分别提高60%、203%和505%。 同时，h-BN 的表面改性有利于提高填料与EP 基体的相容性， 降低复合材料的表观黏度。GUO等［24］采用γ-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷（KH-560）和氨基丙基异丁烷（NH2-POSS）对氮化硼（h-BN）填料进行表面功能化处理，制备了相应的f-BN/PI 复合材料。 NH2-POSS 在 h-BN 填料表面成功接枝。 所有 f-BN/PI 复合材料均表现出比p-BN/PI 复合材料更好的热导率、 介电性能和热性能。 f-BN 质量分数为30%复合材料的导热系数为0.71 W/（m·K）， 高于相同量下 p-BN 复合材料的 k值 0.69 W/（m·K）。

图5 PGMA 接枝 h-BN 的制备工艺［23］Fig.5 Preparation process of PGMA grafted h-BN［23］

另外使用某些金属及其氧化物在六方氮化硼表面进行修饰，可以实现特定的功能。 CHO 等［25］采用化学气相沉积法， 用氧化铁纳米粒子对h-BN 纳米片进行表面改性， 并在磁场作用下控制其一维排列随h-BN 含量的变化。 将BN 纳米片和聚硅氧烷预聚物的均匀悬浮液浇铸在玻璃间隔棒上， 并在混合物交联前施加磁场，如图6 所示。 由图6 可以看出，改性后的h-BN 纳米片在水平方向和垂直方向上都与薄膜平面成直线， 这取决于各向异性强的磁通方向， 在聚合物基体中的取向提高了复合薄膜的透射率和热导率。

图6 横截面含体积分数为5%的氮化硼/聚硅氧烷复合材料［25］Fig.6 Cross-sectional view of oriented BN/polysiloxane composite containing 5%BN［25］

除了从实验的角度进行表征， 一些研究者也从理论的角度对功能化的六方氮化硼进行研究分析。MA 等［26］采用经典的分子动力学模拟和基于有效介质理论的理论分析模型，研究了C 掺杂、—CH3嫁接和单空位3 种功能化对h-BN/石蜡复合材料导热性能的影响机理。研究结果表明，功能化会产生声子杂质散射，从而降低h-BN 的热传导。 但是，它可以促进h-BN 平面内和平面外的声子耦合， 从而促进石蜡与h-BN 之间的能量传播，最终提高界面热导率。与原始六方氮化硼（p-BN）相比，功能化h-BN/石蜡复合材料的导热系数有一个临界值。 功能化率为2.5%时，C 掺杂的临界尺寸可达 9.1 μm。 当 C 掺杂h-BN 的粒径为2 μm 时，复合材料的导热系数比p-BN/石蜡提高了30%，比石蜡提高了10 倍。 表2 对六方氮化硼基复合PCMs 性能进行了汇总。

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

2.3 其他二维纳米材料

除了石墨烯和六方氮化硼外， 二硫化钼（MoS2）作为一种典型的过渡金属二维层状化合物出现在 人 们 的 视 野 中 。 MADATHIL 等［27］在 HPHTF-A［67%KNO3、19% Ca（NO3）2·4H2O、14% LiNO3，均 为质量分数］中加入二维二硫化钼进行改性，使得复合PCM 液态比热容提高了14.4%，导热率提高了2.9%。

MXene 是一类新型的二维纳米片，随着MXene材料在生物医学、机械、电磁干扰屏蔽、传感器等方面的迅速发展， 吸引研究者们将目光投放在提升储热材料的热性能方面。 DU 等［28］在聚乙二醇相变材料中引入多巴胺修饰的 MXene（Ti3C2Tx@PDA），复合相变材料的太阳热转换和储存效率高达90.1%，相比较纯的PEG 热导率提升了48.7%，同时具有良好的热稳定性， 这表明其在太阳能利用领域具有巨大的潜力。 SHENG 等［29］通过简单的浸渍工艺，设计并制备了一种新型的生物基柚皮泡沫（PPF）/聚乙二醇（PEG）复合相变材料，并对其进行了低负载MXene 纳米片的改性， 以提高其光热转换效率、热能储存能力和导热性能。 随着MXene 纳米片的引入，光热转换效率明显提高，聚乙二醇在形态稳定复合相变材料中的负载量从86.9%增加到96.2%（质量分数），所得PPF@MXene/聚乙二醇复合相变材料的热导率也从 0.25 W/（m·K）增加到 0.42 W/（m·K）。

3 二维纳米片基复合相变材料的实际应用

近年来， 研究者们不仅仅局限在对相变材料的改性研究， 同时也将改性的复合相变材料在各个行业进行实际应用，并取得了良好的效果。在建筑行业中，CUI 等［30］采用界面聚合法制备了石墨改性相变微胶囊，以提高相变材料的导热性能。然后将微胶囊添加到水泥浆中，发现水泥的蓄热性能得到了改善。经过3 d 水合热总量从216 J/g 降至159 J/g，在水泥中加入改性相变微胶囊可以降低和延缓水合热，有利于减少水泥浆体开裂。 虽然加入微胶囊后水泥的抗压和抗弯强度降低， 但抗压和抗弯强度仍然足够高。 ZHANG 等［31］将月桂酸-肉豆蔻酸（LA-MA）吸附到膨胀石墨（EG）中，通过在水泥砂浆中掺入LAMA/EG 复合材料制备了相变砂浆。 结果表明，制备的LA-MA/EG 复合材料具有良好的热稳定性和耐碱性，热循环实验后质量损失小于3%，在饱和氢氧化钙溶液中浸泡7 d 质量损失为10.14%，砂浆在建筑中可以起到很好的控温和延缓温度变化的作用。WANG 等［32］制备了一种由膨胀石墨、高密度聚乙烯和石蜡组成的形状稳定的聚碳酸酯砖， 在不同的实验条件下， 分别建造了两个由PCMs 砖和普通砖组成的尺寸为 1.5 m×1.5 m 的墙体。 结果表明，PCMs 砖平均压缩和拉伸强度分别为5.11 MPa 和3.70 MPa，可以在框架结构的建筑中应用， 并且在18～24 ℃的温度范围内， 相变材料壁砖的储热能力比普通砖高61%， 但是在夏季和冬季的情况下都将表现出易损坏性，在热箱实验过程中，观察到严重的蒸发泄漏。

复合相变材料在电池热管理中， 有效解决了电池工作过程中的放热问题， 大大提升了电池的使用寿命和效率。 LING 等［33］以 44 ℃发生相变的材料（RT44HC）与膨胀石墨和气相二氧化硅进行复合，并且在 10 ℃下、0.5C、1C、1.5C 和 2C 进行 20 多次充放电循环。结果表明，RT44HC/气相二氧化硅复合材料的低热导率导致电池组上的温差比无相变材料的情况更高，导致电压分布不均匀，从而导致充电和放电过早结束。 然而，高导热的RT44HC/EG 复合相变材料可以缩小电池之间的温度变化， 从而有助于减少电压差。HUANG 等［34］将 EG/石蜡复合相变材料在4 MPa 压力下压制成空圆柱试样用于锂离子电池热管理， 分析了复合相变材料对锂离子电池的热管理。 复合相变材料的加入有效降低了锂离子电池在工作过程中的升温速率。 当EG 质量分数为16%～20%时， 复合相变材料对锂离子电池的热管理效率最高。LIN 等［35］在磷酸铁锂电池的 PCM 被动热管理系统中加入石墨，以改善热性能，使热量在管理系统中均匀分布。发现工作3 500 s 后，不含PCM 和石墨的电池温度比含PCM 和石墨的电池高10 ℃。

除了上述行业之外， 复合PCMs 在太阳能换热系统中提升换热效率、 提高光热吸收方面也发挥了很大的优势。 SUN 等［36］以石墨烯/石蜡复合 PCMs为传热流体，应用于太阳能水热-相变材料（SWHPCM）系统。 通过与传统太阳能水热系统（SWH）的对比， 对SWH-PCM 系统的热性能进行了实验研究。 结果表明，SWH-PCM 系统比SWH 系统具有更高的储热能力。SWH-PCM 系统和SWH 系统的蓄热都随着太阳辐照度的增加而增加，而热效率则相反。SWH-PCM 系统的流动速率对热效率的影响大于SWH 系统。 当流量为 200 L/h 时，SWH-PCM 系统的热效率比 SWH 系统高 14.21%。 XIAO 等［37］制备了2 种复合相变材料，即三水合醋酸钠（SAT）/EG 和SAT/GO/EG， 并研究了它们的热物理特性和太阳能吸收性能。测试结果表明，氧化石墨烯对复合相变材料的热性能和太阳能吸收性能影响不大。 但可以显著提高复合PCM 的形状稳定性。 密度越高，体积储热能力越大。当密度增加到1 g/cm3时，SAT/EG 表现出严重的泄漏， 而SAT/GO/EG 仍能保持形状稳定性。设计了一种新型太阳能热水系统，该系统同时采用了太阳能吸收物质和蓄热介质。在太阳辐射下，相变材料具有63.7%的高太阳能吸收效率。 在热交换过程中，10 L 水的温度可以在25 min 内从25 ℃升高到38.2 ℃，太阳能辐射转化为水吸收的热量的能量转换效率高达54.5%， 表明该新型系统具有良好的应用效果。ZHANG 等［17］将乙酰胺作为相变材料应用于太阳能系统。 当乙酰胺中加入10%（质量分数）的EG 时，复合相变材料的导热系数提高了5 倍。结果，复合相变材料的蓄热和放热率得到了有效提高，潜热蓄能装置的蓄热和热回收时间分别缩短了45%和78%。

总的来说，碳基二维纳米片复合相变材料得到人们广泛的研究，但是六方氮化硼、二硫化钼、MXene 等新型二维复合相变材料还有待研究者们进一步开发和应用。

4 总结和展望

随着科学技术的不断深入， 关于二维纳米片与相变材料的研究已经取得了丰硕的研究成果， 并且主要的研究方向主要集中在：1）二维纳米材料、相变材料的选择及制备；2）二维纳米片的改性研究，使其在不同相变材料中发挥更大的优势；3）复合相变材料的开发与应用。尽管相变材料有储能密度高、热稳定性好等优点，但它的应用范围仍有限，大多数均停留在实验阶段，能真正用于实际生产的材料却很少，所以开发具有较高导热性能、 热稳定性能、 力学性能、 光吸收性能和防漏性能的新型复合相变储热材料，并在各个行业中应用是今后发展的重点。相信随着研究的不断深入， 复合相变储热材料会有更为广阔的应用前景，带来巨大的经济利益。