相变材料（Phase change materials, PCM）能够通过相变潜热来缓解能源供需失衡问题，是当前研究的热点。随着孔径缩小到纳米级，PCM的结晶、运动和热输运行为都将发生显著改变。现有的研究方法往往采用宏观表征方法获得宏观热物性参数，尚缺乏较为合适的纳米尺度新热现象的实验表征手段，尤其是纳米孔内部PCM的传热情况的实验研究。、

近日，来自北京科技大学的邱琳教授和冯妍卉教授制备开放纳米多孔阳极氧化铝(AAO)/PCM复合材料-AAO/Ery和AAO/PEG，采用3ω-扫描热显微镜方法（3ω-SThM），对纳米孔内部和纳米孔壁的局部热导率、局部杨氏模量和孔内熔化过程进行了高分辨率映射。此外，还通过MD模拟与分析相结合，阐明了纳米孔约束驱动的热力学性能同步增强的潜在机制。

选用孔径可控性、热稳定性和机械强度合适的双通纳米多孔阳极氧化铝微米薄膜（AAO）作为纳米孔骨架材料，并且选用两种使用广泛、熔点合适的代表性PCM-赤藓糖醇（Ery）和聚乙二醇（PEG），而后采用巧妙的毛细力负载方法，将PCM负载在纳米通孔中。

使用3ω- SThM分别测量AAO-40/PEG、AAO-90/PEG、AAO-40/Ery和AAO-90/Ery的室温下纳米局部热导率及对应的形貌高度分布。可清楚地观察到纳米孔约束对PEG和Ery的热导率有显著增强效果。PEG和Ery在40 nm纳米孔中的导热性高于90 nm纳米孔，并且纳米孔内PCM的热导率一般比开放空间的PCM高13% ~ 23%。

从位置2到位置5纳米孔中局部热导率和局部杨氏模量E*同步持续增强，孔径越小，热/力增强效果越显著。LTA表征显示，纳米孔内的PCM已熔化，但持续热膨胀，不软化，并且孔内玻璃化转变提前。

MD模拟中，相对质量分布和动能分布表明两种PCM分子都吸附在孔壁上，PCM与骨架在边界处的相互作用较大，导致杨氏模量增加。纳米孔存在限域效应，限制分子运动，显著缩短氢键的长度，有利于PCM内部杨氏模量的增加和内部的热传导，而孔中心受吸附作用的影响较小，氢键长度的影响较小。

该工作采用毛细力吸附方法制作了开放纳米孔复合PCM-AAO/PEG和AAO/Ery，通过纳米尺度分辨率空间热/力学映射，观察到纳米孔内热/力学性能的显著同步增强。纳米孔中Ery和PEG的局部热导率和局部杨氏模量在孔壁处急剧增加，并一直保持到孔中心，且孔径越小增效越强。MD模拟结果表明，复合材料具有较强的壁附效应和较短的氢键，这是复合材料热力学性能同步增强的原因。这一进展揭示了纳米尺度上PCM不同寻常的热输运和力学行为，为PCM的热设计提供了新思路。

Nanopore Confinement-driven Synchronous Enhancement of Thermal and Mechanical Properties of Phase Change Materials

Lin Qiu, Zhaoyi Wang, Zihan Liu, Haimo Li, Yanhui Feng

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202500957