“雙面神”顆粒乳液可低成本制備熱整流材料

熱整流效應在提升能源使用效率方面潛力巨大，盡管學界已通過多種方式構建熱量回收的不對稱結構，但納米制造的復雜高成本、相變材料的應用局限等問題仍待突破。清華大學與中國科學院團隊以 Janus 顆粒乳液為基礎，研發出不對稱多孔復合材料，熱整流系數最高達38%，且制備成本低、可規模化，推動了其實際應用。相關研究成果近日發表在《自然-通訊》上。

熱整流效應作為一種能夠實現熱量定向調控的熱管理技術，為提高能源使用效率提供了一種潛在的解決方案。到目前為止，許多學者已經使用多種設計、多尺度制造了用于熱量回收的熱整流不對稱結構，但仍然存在一些不足。例如，納米制造技術的復雜性和高成本阻礙了納米級不對稱結構的制備，相變材料的結構復合受限于相變溫度范圍和泄漏風險等。被稱為“雙面神”顆粒的Janus顆粒是一種具有不對稱結構的顆粒，兩個表面具有不同化學或物理性質，用其制備的乳液具有優異的穩定性，為制造熱整流不對稱多孔結構開辟了新的可能性。

清華大學化學工程系聯合中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心，通過Janus顆粒乳液及其逐層澆注和聚合手段，開發了一種制造具有增強熱整流性能的不對稱多孔復合材料的方法。實驗及模擬結果表明，制備的多孔復合材料具有明顯的不對稱結構。采用不同孔隙大小和孔隙率可有效調控多孔復合材料的不對稱性及其熱整流效應，實現了最大38%的高熱整流系數，在小尺度房屋模型應用上表現出優異的熱量調節性能。作者表示，這種低成本規模化制備方法有助于推進熱整流材料的實際應用。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60792-4