研究人员通过将碳化三聚氰胺泡沫（CMF）与化学键合碳化硅-碳纳米管（SiC-CNTs）杂化网络相结合，开发了一种新型复合相变材料（CPCM）。CMF通过碳化过程制备，表面形成石墨化层，内部形成连续碳网络结构。SiC-CNTs通过共价键形成连续导热路径。实验结果

　　研究人员通过将碳化三聚氰胺泡沫（CMF）与化学键合碳化硅-碳纳米管（SiC-CNTs）杂化网络相结合，开发了一种新型复合相变材料（CPCM）。CMF通过碳化过程制备，表面形成石墨化层，内部形成连续碳网络结构。SiC-CNTs通过共价键形成连续导热路径。实验结果表明，CPCM的导热系数提高至1.2117 W/m·K，是纯石蜡（0.2813 W/m·K）的4.3倍，潜热保持率为79%。CPCM表现出优异的循环稳定性，100次循环后ΔH衰减小于5%。该复合材料具有优异的热性能和结构稳定性，为热管理领域提供了一种新型高效储能材料选择。

　　相变材料（PCM，Phase Change Material）因其高能量存储密度、低成本和环境友好性，在建筑节能、电子冷却和可再生能源系统等领域得到广泛应用。石蜡（PW，Paraffin Wax）作为典型的有机PCM，具有价格低廉、潜热较高等优点，但其极低的导热系数（约0.28 W/m·K）以及相变过程中的泄漏问题严重限制了实际应用。近年来，研究人员通过引入功能填料（如石墨烯、膨胀石墨、氮化硼、碳化硅等）来改善PCM的热性能，但单一填料体系往往难以同时降低界面热阻、提升结构稳定性和控制成本。例如，石墨烯基材料导热优异但成本高昂；膨胀石墨虽能提升导热，但其自身导热系数有限，可能阻碍相变效率。此外，聚合物泡沫的碳化过程可形成轻质高导热的石墨化碳框架，为制备高效导热支架提供了新途径。同时，碳化硅-碳纳米管（SiC-CNTs）杂化填料通过共价键结合，有望桥接声子传输间隙，进一步降低界面热阻。然而，现有研究仍面临机械柔性、界面热阻和生产成本之间的平衡难题。为此，本研究创新性地将碳化三聚氰胺泡沫（CMF）与化学键合SiC-CNTs网络相结合，旨在实现导热协同增强的同时，保持较高的潜热和结构完整性，为热管理领域提供新型储能材料选择。相关论文发表在《Inorganics》期刊。

　　研究人员制备了/PW复合相变材料（CPCM），并通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TG/DTG）、差示扫描量热法（DSC）和热导率测试等手段系统表征其微观结构、化学结构、晶体结构、热稳定性、相变行为、循环稳定性及温度调节能力。实验结果表明，/PW的导热系数达到1.2117 W/m·K，是纯石蜡（0.2813 W/m·K）的4.3倍，潜热保持率为79%（熔融焓ΔHm= 185.6 J/g）。经过100次加热-冷却循环后，相变焓衰减小于5%，表现出优异的循环稳定性。热重分析显示，该复合材料在800°C内保持结构完整性，优于单一填料、物理混合及非碳化载体体系。这一研究为热管理领域提供了高效、稳定的储能材料，并建立了化学键合杂化填料网络与碳化多孔支撑耦合的设计原则。

　　1. **碳化三聚氰胺泡沫（CMF）制备**：将三聚氰胺泡沫（MF，购自BASF）在氮气下以5°C/min升温至400°C并保温30分钟，使其部分碳化，形成石墨化碳层和多孔结构。

　　2. **SiC-CNTs杂化填料制备**：先对CNTs进行H2SO4/HNO3（3:1）氧化处理，对SiC进行H2O2氧化和KH550氨基功能化；然后在EDC/NHS偶联剂作用下，使氧化CNTs与氨基化SiC在乙醇/水溶液中反应形成酰胺键，再经600°C氮气退火得到SiC-CNTs复合粉末。

　　3. **CPCM制备**：将SiC-CNTs分散于乙醇中，真空浸渍至CMF中，干燥后通过线 MPa线 min，重复三次）浸渍熔融石蜡，得到/PW复合材料。同时制备了对照样品（包括单一填料体系、物理混合体系及非碳化载体体系）。

　　**2.1 复合材料的微观结构**：通过SEM观察，SiC-CNTs杂化填料中SiC颗粒均匀分散，与CNTs形成“节点-桥”结构，无团聚；CMF碳化后表面形成致密石墨化层，内部保留多孔结构。/PW中，SiC-CNTs网络均匀包覆CMF骨架，CNTs跨越孔隙并紧密缠绕SiC颗粒，形成连续声子传输路径，吸附石蜡后结构致密无泄漏。相比之下，非碳化MF、单一填料或物理混合样品均存在明显空隙或填料团聚。

　　**2.2 复合材料的化学结构**：FTIR分析显示，/PW样品在1645 cm-1和1540 cm-1处出现酰胺I（C=O）和酰胺II（N-H弯曲振动）特征峰，证实SiC与CNTs之间通过酰胺键化学键合；而物理混合样品/PW仅显示Si-C键和CNT缺陷峰，无酰胺峰，表明无化学相互作用。

　　**2.3 晶体结构分析**：XRD图谱中，化学键合样品/PW和/PW的SiC(111)衍射峰（35.6°）强度显著高于物理混合样品，表明共价键有效抑制SiC团聚，提高结晶有序度和分散均匀性。CMF基样品的碳(002)峰（26°）更强，归因于碳化形成的石墨化碳框架。物理混合样品的SiC(111)峰宽化减弱，表明界面弱相互作用导致晶格缺陷增加。

　　**2.4 热稳定性分析**：TG/DTG曲线显示，/PW在三个温度区间（室温-200°C、200-400°C、400-800°C）均表现出最佳结构稳定性。其石蜡分解起始温度（294°C）比纯石蜡高66°C；在800°C时仍保持完整“CMF碳框架+SiC-CNTs网络”结构，而/PW因MF分解而完全坍塌，物理混合样品出现松散变形。

　　**2.5 DSC测试与循环稳定性分析**：DSC测试表明，/PW的熔融和结晶峰形完整、对称，温度偏移小于2.5°C，能量存储密度（Ed）为所有体系中最优。经100次循环后，熔融焓ΔHm衰减小于5%，熔点变化极小，显示出优异的循环热稳定性。相比之下，单一填料和物理混合样品的DSC峰宽化明显，Ed较低。

　　**2.6 温度调节与导热系数分析**：热导率测试结果显示，/PW的导热系数为1.2117 W/m·K，是纯石蜡（0.2813 W/m·K）的4.3倍，是非碳化MF/PW（0.2382 W/m·K）的约5.1倍。温度升降曲线表明，该样品在加热/冷却过程中具有更高的升降温速率，且存在明显的等温平台（约2300 s），体现了潜热吸收/释放能力。与文献报道的碳基支架PCM复合材料相比，该材料在导热增强和潜热保持之间取得了良好平衡。

　　本研究系统比较了不同对照样品，揭示了各结构组分的作用：共价SiC-CNTs网络提供连续声子传输路径，石墨化CMF框架增强导热和结构鲁棒性，两者结合产生协同效应，而单一组分或物理混合无法实现。讨论部分进一步指出，化学键合有效抑制填料团聚并降低界面热阻，碳化过程提高了框架的导热性和对石蜡的毛细约束，真空压力循环浸渍确保了石蜡的均匀致密负载。

　　本研究提出了一种协同策略，解决了石蜡基相变材料中导热增强与潜热保持之间的长期权衡。科学创新在于三个设计要素的整合：(i) 碳化三聚氰胺泡沫（CMF）支架，提供石墨化、导热的3D框架和强毛细约束；(ii) SiC和CNTs通过酰胺化共价键合，构建连续的“SiC节点-CNT桥”杂化导热网络，抑制填料团聚并降低界面热阻；(iii) 真空压力循环浸渍工艺，确保石蜡致密均匀负载。所得的/PW复合材料导热系数达1.2117 W/m·K，是纯石蜡的4.3倍，同时保持79%的高潜热保持率（ΔH

　　= 185.6 J/g）。100次加热-冷却循环后，相变焓衰减小于5%，表现出优异的循环稳定性。热重分析证实结构完整性保持至800°C，优于单一填料、物理混合和非碳化载体体系。系统比较揭示了各结构组分的不同作用：共价SiC-CNTs网络提供连续声子传输路径，石墨化CMF框架增强导热和结构鲁棒性，两者结合产生协同效应。这项工作建立了一种设计原则——化学键合杂化填料网络与碳化多孔支撑的耦合——可推广到高性能复合PCM的开发。