将相变材料(Phase change materials,PCMs)装入微/纳米尺度的容器,即微/纳米胶囊化技术,可以防止PCMs熔融泄漏、增大传热比表面积、并控制PCMs的体积变化,从而极大拓展PCMs的应用领域。对于实际应用来说,微/纳米胶囊化PCMs(MePCMs和NePCMs)应具有高相变焓、高导热系数、低过冷、低渗漏和高力学强度等理想的综合性能,而胶囊的壁材(壳)和尺寸是影响胶囊化PCMs性能的两个主要因素。在胶囊壁材方面,研究者先后发展了有机、无机和有机-无机杂化材料等不同类型的壁材,用以提高胶囊的导热系数、防渗性和力学强度等。在胶囊尺寸方面,与MePCMs相比,NePCMs具有更大的比表面积且不易破碎,在近年来逐渐形成了一个重要的研究方向。通过便捷的方法,构建组成和结构可控的复合壁材NePCMs,提升其各方面的性能,是当前本领域面临的重要挑战之一。本论文在细乳液体系中,基于硅烷前驱体的界面水解-缩聚反应与其它类型的反应过程(主要包括化学镀金属、石墨烯静电自组装、自由基聚合反应)相结合,设计制备了三种不同类型的新型Si02基复合壁材NePCMs,获得了多种不同的形貌和微结构,考察了它们的相变特性、导热系数和防渗性等重要性能,并分析了其结构-性能关系。在此基础上,探索了新型NePCMs在储热调温材料和光热转换潜热功能流体(LFTF)方面的应用性能。主要开展了以下四个方面的研究工作。(1)高导热Ag-Si02复合壁材NePCMs的制备与性能研究。金属材料具有很高的导热系数和优异的力学性能,采用化学镀的方法制备了一种新型的表面金属化的NePCMs。基于二氧化硅(Si02)包覆正十八烷的纳米胶囊,经聚多巴胺(PDA)表面改性后,采用化学镀方法合成了一系列高导热表面镀Ag的NePCMs。经化学镀Ag后的NePCMs的质量相变焓发生明显下降,但体积相变焓并不显著(约31.89%)。在胶囊中引入正二十八烷作为成核剂,使得NePCMs的结晶主要基于非均相成核,降低了过冷度。在经反复的熔融/结晶循环测试之后,其相变性能几乎保持不变。通过改变AgN03浓度,在胶囊表面形成了连续的导热通路,导热系数从0.246 W/m·K显著提高到1.346 W/m·K。这种表面镀Ag的NePCMs有望应用于需要快速热传导的热能储存和温控领域。(2)石墨烯-Si02复合壁材NePCMs的制备与性能研究。通过界面水解-缩聚反应和自组装相结合,制备了一种独特形貌的石墨烯-Si02复合壁材NePCMs,提高了导热系数、消除了过冷并保持了高相变焓。该NePCMs具有独特的浴花状形貌和基质型结构。与Si02壁材NePCMs相比,其导热性能提高了 132.9%(从0.6416 W/m K提高到1.4941 W/m K)。此外,由于石墨烯的引入,NePCMs的过冷行为被完全消除,同时其相变焓几乎不受影响。这种兼具高相变焓、高导热系数和低过冷行为的NePCMs在热能储存、温度控制、智能服装和LFTF等方面具有较大的应用潜力。(3)聚合物-SiO2杂化壁材NePCMs的制备与性能研究。通过硅烷前驱体的界面水解-缩聚反应与乙烯基单体原位自由基聚合相结合的一锅两步法,制备了聚合物-SiO2杂化壁NePCMs。在此过程中,首先通过硅氧烷的水解-缩聚反应形成完整和连续的SiO2壁并包覆PCMs,然后引发乙烯基单体的聚合反应,使聚合物以共价键方式与SiO2壁材紧密复合,从而形成核-壳结构明确、形貌规则的聚合物-SiO2杂化壁NePCMs。研究发现,与SiO2壁材的NePCMs相比,聚苯乙烯(PS)-SiO2杂化壁NePCMs具有更小的粒径和碗状形貌,而聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)-SiO2杂化壁NePCMs具有较大的粒径和较好的球形形貌。聚合物类型对NePCMs的过冷行为有较大的影响。聚合物-SiO2杂化壁材使NePCMs的热可靠性、导热性能和防渗性能得到改善。更重要的是胶囊的力学性能得到显著提高,SiO2壁材NePCMs的屈服应力为14.7 μN,而PS-SiO2壁的屈服应力大于34.6 μN,PHEMA-SiO2壁的屈服应力达到65 μN。本研究中NePCMs壁材的有机和无机成分含量可以在很大范围内进行调控,且聚合物能够封堵SiO2壁材中的介孔结构,为提升NePCMs的综合性能提供了理想的解决途径。(4)新型SiO2基复合壁材NePCMs的应用探索。基于所制备的不同壁材的NePCMs,探索了其在硬质聚氨酯泡沫(RPUF)和LFTF中的应用。胶囊化PCMs作为功能填料制备储热调温复合材料时,常常会引起基体材料的力学性能的大幅下降。本研究中分别以SiO2壁材和聚多巴胺(PDA)-SiO2杂化壁材NePCMs作为填料,制备了 RPUF控温复合材料。与SiO2壁材NePCMs相比,PDA-SiO2壁材NePCMs使RPUF获得更高的相变焓(24.77 J/g),同时能更好的保持压缩强度(1.18 MPa)和压缩模量(42.83 MPa)。这是由于PDA-SiO2杂化壁材能够提高填料与聚氨酯基体之间的相容性和界面相互作用。将SiO2壁材和石墨烯-SiO2复合壁材NePCMs分别分散在水中制成LFTF,对两者的导热性能和光热转化效率进行了对比研究。与水相比,包含10 wt%的SiO2壁材NePCMs的LFTF的导热系数提高了 5.2%,而包含石墨烯-SiO2复合壁材NePCMs的LFTF的导热系数提高了 12.4%(20℃下)。尤为重要的是,前者的光热转换效率仅为42%,而后者则高达81%。