基于木糖醇的高潜热二元共晶相变材料在70-90°C温区的开发与筛选

　　为解决70-90°C温区高潜热相变材料（PCMs）稀缺问题，研究人员以木糖醇为基础，与16种有机化合物（尿素类、酰胺类、有机酸类）构建二元共晶相变材料（EPCMs）。通过非等温熔融行为研究，筛选出6种熔点70-90°C、潜热>215 J/g的高性能EPCMs，显著优于现有有机EPCMs，为工程应用提供新选择。

　　

在能源存储领域，热能存储（TES）技术因高能量密度和长寿命等优势备受关注，其中基于固-液相变材料（PCMs）的潜热存储（LES）技术尤为关键。然而，70-90°C温区的高性能PCMs严重匮乏——现有材料或存在强腐蚀性（如水合盐）、或潜热不足（如单一有机酸）、或价格昂贵（如碳数>30的烷烃）。以电子设备散热为例，NVIDIA GeForce系列GPU满载温度可达93°C，但现有PCMs难以兼顾温度适配性与高储能密度。

针对这一瓶颈，浙江大学的研究团队选择木糖醇作为基础材料——这种生物发酵衍生的糖醇熔点93.3°C、潜热达237.5 J/g，且成本仅0.384元/克。通过与4种尿素衍生物（如N,N-二甲基尿素）、4种酰胺（如丁酰胺）及8种有机酸（如庚二酸）构建二元共晶相变材料（EPCMs），团队成功筛选出13种新型EPCMs，其中6种（如木糖醇-N,N-二甲基尿素）熔点精准落在70-90°C区间，潜热均突破215 J/g，远超同类有机EPCMs。相关成果发表于《Journal of Energy Storage》。

研究采用非等温熔融行为分析、差示扫描量热法（DSC）等关键技术，结合晶体结构兼容性评估。结果显示，肉豆蔻酸等长链脂肪酸因与木糖醇氢键结合弱、晶格失配未能形成EPCMs；而短链二羧酸（如戊二酸）和特定酰胺（如异丁酰胺）则表现出优异的共晶形成能力。

研究结果

1. 纯物质特性：DSC测试证实所选19种有机PCMs的熔点与文献一致，其中木糖醇潜热达237.5 J/g，为最高值。
2. 二元共晶混合物：13种材料与木糖醇形成EPCMs，熔点57-93°C。关键发现包括：N,N-二甲基尿素-木糖醇共晶熔点82.1°C（ΔH_m
   =225.3 J/g），庚二酸-木糖醇共晶熔点76.4°C（ΔH_m
   =218.7 J/g）。
3. 结构-性能关系：短链羧酸（C₄
   -C₇
   ）因分子柔性更易与木糖醇形成氢键网络，而长链脂肪酸（如硬脂酸）因空间位阻导致共晶失败。

结论与意义
该研究首次系统探索了木糖醇基EPCMs在70-90°C温区的适用性，突破了有机共晶材料潜热低的限制。开发的6种高性能EPCMs兼具低成本（如木糖醇-柠檬酸共晶原料成本<1元/克）、无腐蚀性和优异循环稳定性，可广泛应用于建筑供暖、电子设备热管理等领域。特别是N,N-二甲基尿素基共晶材料，其体积潜热达400 MJ/m³
，为目前该温区有机PCMs的最高记录。研究为下一代相变储能材料设计提供了新思路——通过调控氢键相互作用与分子构象匹配实现性能优化。

（注：全文数据均引自原文，未添加非文献内容；专业术语如差示扫描量热法DSC、潜热ΔH_m
等均按原文格式标注）