《储能科学与技术》文章|赵彦琦团队：聚乙二醇基定型复合相变材料的研究进展

储能科学与技术

2025.05.1314:08

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作者：全瑞星1 缪文晶1袁长顺1 程广贵1 赵彦琦 1,2

单位：1. 江苏大学机械工程学院；2. 南京工业大学能源科学与工程学院

引用：全瑞星, 缪文晶, 袁长顺, 等. 聚乙二醇基定型复合相变材料的研究进展[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(3): 1010-1025.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1159

本文亮点：针对聚乙二醇吸热液化后泄露的问题，本文综述了使用各类物理或化学手段制备聚乙二醇基定型复合相变材料的研究进展。然后介绍了聚乙二醇基定型复合相变材料在热管理、节能等领域中的应用。最后分析了聚乙二醇基定型复合相变材料仍然存在的问题与挑战，指出了未来研究方向。

摘要基于相变材料的潜热储热技术近年来得到了广泛关注。聚乙二醇是一种高潜热的无毒有机固-液相变材料。其良好的生物相容性、相变温度与焓值可调节性，相对其他有机相变材料，在热管理、可穿戴设备等领域有着更广阔的应用场景。但聚乙二醇会发生固-液相变导致泄漏和自身热导率较低的问题限制了其实际应用。为了解决这些问题，许多聚乙二醇的定型方法应运而生。除了常用于制备定型相变材料的共混、包裹、吸附等物理方法，聚乙二醇两端的活性羟基使得通过化学改性将聚乙二醇转化为固-固相变材料具有了可行性。本文首先综述了物理共混法、微胶囊法、纤维法、多孔材料吸附法、化学改性法等制备聚乙二醇基定型复合相变材料的不同手段并比较了性能。然后介绍了聚乙二醇基定型复合相变材料在电子器件热管理、光热转换、建筑节能、可穿戴设备等领域的应用进展。最后分析了聚乙二醇基定型复合相变材料仍然存在热导率低、复合后相变焓值下降等问题与挑战，并指出了未来研究方向。

关键词相变材料；聚乙二醇；定型相变；复合材料

为了实现21世纪中叶碳中和的目标，全球能源格局正加速向清洁化、低碳化和高效化推进。为了解决能源的瞬时性、不稳定性以及供应与需求不匹配等问题，各类储能技术得到了快速发展。其中，热能储存作为可再生能源利用和能源管理中的关键技术，尤为重要。而利用相变材料的相变焓值来实现热能储存的储热技术，因具有单位质量(体积)蓄热量大、温度波动小等优点，近年来被广泛研究。

基于相变材料的潜热储热技术是借助相变材料在发生相变时吸收或释放大量潜热来实现的，这一物理过程可逆且温度稳定。根据相变前后材料的形态变化，相变材料可分为固-液相变材料、固-固相变材料、固-气相变材料、液-气相变材料等。目前固-液相变材料和固-固相变材料较为常用。固-液相变材料在吸热过程中会发生固态向液态的转变，这在实际应用中往往需要额外的封装来防止泄漏，从而限制了其发展与应用。因此，当前的研究重点是通过吸附、包裹、填料共混等手段对固-液相变材料进行定型，或将其转变为固-固相变材料。这两种方法都可以确保材料在受热相变后保持形状稳定，从而避免液体的泄漏。

聚乙二醇(PEG)是一种典型的有机固-液相变材料。其分子结构中的聚醚链具有优良的热稳定性和可加工性。通过改变聚醚链的长度，可以得到不同平均分子量的聚乙二醇制品。聚乙二醇的相变温度与相变焓值随着平均分子量的增加而增大，当聚乙二醇平均分子量超过10000后，变化趋势相反。聚乙二醇具有高相变焓值，面对不同应用场景，又可以采用不同分子量的聚乙二醇来调整相变温度与焓值。表1对比了部分中温段相变材料的热性能。相比于其他相变材料，聚乙二醇的温度与潜热可调节性大大扩展了其作为相变材料的应用范围。同时，聚乙二醇无毒性，且有良好的生物相容性，使得聚乙二醇作为相变材料在生物、制药等领域应用潜力巨大。但作为有机固-液相变材料，聚乙二醇在吸热后会液化以及自身较低的热导率都限制了其在实际中的应用。若直接使用聚乙二醇，往往需要对其进行额外封装，以防止其在受热液化后发生泄漏。因此近年来针对聚乙二醇进行包封，制成各类聚乙二醇基定型相变材料得到了广泛研究。同时通过添加导热增强填料，提升复合相变材料的热导率，使其在应用中获得更好的效果。聚乙二醇分子链两端的羟基，为使用化学手段对聚乙二醇基相变材料实现定型效果提供了可能性。因此除了常规的物理定型方法，通过化学改性法将聚乙二醇转化为固-固相变材料也是一种常用手段。基于此方法可以制得具有良好柔韧性的聚乙二醇基定型复合相变材料，更适合面向可穿戴设备等领域。

表1中温段相变材料性能对比

本文对近年来聚乙二醇基定型复合相变材料的制备方法与应用进行了综述。首先，根据不同的定型手段，分别总结了物理共混法、微胶囊法、纤维法、多孔材料吸附法和化学改性法的定型原理与效果。然后介绍了聚乙二醇基定型复合相变材料在电子器件热管理、光热转换、建筑节能、可穿戴设备等领域的实际应用。尽管聚乙二醇基定型复合相变材料在现有研究中展现了极大潜力，但仍面临制备复杂、复合后潜热损失、热导率低等问题。因此，基于现有研究，最后针对这些问题展开讨论，并提出了未来发展方向。

1 定型方法

1.1　物理共混法

将聚乙二醇与一些粒子填料或有机聚合物共混，可以较为简单地制备出具有定型效果的聚乙二醇复合相变材料。通过共混填料与聚乙二醇间的界面作用，实现聚乙二醇的定型，在此过程中还可以添加导热增强剂对聚乙二醇定型复合相变材料的热导率进行提升。常见的无机粒子填料有硅灰(SF)、坡缕石(Pal)黏土、埃洛石纳米管(HNTs)、纳米二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等。通过对填料进行改性处理，可以提高对聚乙二醇的包封能力和复合相变材料的热导率。例如将埃洛石纳米管酸蚀刻后，由于比表面积和孔体积的增加，聚乙二醇的负载量从50%提升至70%；通过构建银纳米颗粒(AgNP)杂化的埃洛石纳米管，并真空浸渍聚乙二醇后，成功将复合相变材料的热导率提升了0.9 W/(m⋅K)。

碳纳米管(CNT)、石墨烯纳米片(GNP)等各类碳基粒子填料也被广泛研究用于与聚乙二醇共同制备定型相变材料。Liang等发现使用高长径比的木粉(WF)，可以保证PEG-4000吸附量小于70%时不会出现泄漏情况。Wang等将十二烷基硫酸钠(SDS)官能化的多壁碳纳米管(MWCNTs)分散PEG-8000中，发现尽管随着官能化的多壁碳纳米管含量增加，复合相变材料的熔融温度与熔融焓值略有下降，但材料仍保持了优秀的形状稳定性，热导率也有所增加。氧化石墨烯片(GO)，由于其自身较大的表面积，与聚乙二醇混合后可以为聚乙二醇提供支撑，从而实现复合相变材料的良好形状稳定性，同时研究表明对氧化石墨烯片表面功能化后可以有效降低其与聚乙二醇间的界面热阻，从而提高复合相变材料的整体热导率。He等则通过纤维素纳米纤维(CNF)和膨胀石墨(EG)的协同作用，通过与PEG-4000的简单共混，制备了经过40次冷热循环后热性能保持不变的柔性相变薄膜，并通过加入氮化硼(BN)将薄膜热导率提升至10.83 W/(m⋅K)。

除了与粒子填料混合，聚乙二醇还可以与多种有机聚合物制成复合定型相变材料。Sari等将聚乙二醇与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶剂共混，确定了两者质量比为7∶3时，可以保持受热后的形状稳定，熔融温度与熔融焓值分别为58.07 ℃和121.24 J/g。而Zhang等通过原位聚合法实现聚乙二醇与聚甲基丙烯酸甲酯复合的基础上，加入氮化铝(AlN)，进一步将复合相变材料的热导率提升至0.389 W/(m⋅K)。Bing等将交联不饱和聚酯树脂作为骨架，制备出可以在80 ℃下保持初始形状的柔性聚乙二醇复合相变材料，并通过加入少许膨胀石墨作导热填料，实现了光热转换的效果。

1.2　微胶囊法

相变微胶囊通常是由高温下具有稳定结构的壳层与相变材料形成的核芯组成。通过将相变材料包裹于直径为1~1000 μm的有机/无机壳中，以避免相变材料液化后的泄漏。相变微胶囊的合成方法主要有喷雾干燥法这样的纯物理手段，也有乳液聚合、悬浮聚合、原位聚合等化学手段，还有将物理与化学结合的复凝聚、溶胶-凝胶等工艺。使用微胶囊法可以对聚乙二醇进行较高效率的封装，同时球形结构增加了表面积，促进了复合相变材料与外界的换热效率。但制备微胶囊过程较为复杂，难度与成本均较高。Jafarpour等使用藻酸盐包封PEG-400，在最佳包封直径(2.21±0.54) μm下实现了100次热循环后依旧保持良好的热缓冲性能。Li等则用纤维素基聚电解质复合物制备多孔胶囊，并用真空浸渍法吸附PEG-10000，构成典型的壳核结构，实现了高达34.33 g/g的聚乙二醇负载量。二氧化硅也常被作为壳材料，用于将聚乙二醇包封为微胶囊，例如图1所示用反相乳液模板原位缩聚制备的PEG/SiO2相变微胶囊和微乳液辅助溶胶-凝胶法制备的PEG-二硬脂酸酯/SiO2薄壳微胶囊，均实现了高封装率与热稳定性。唐茜则利用聚多巴胺微球为基础制备了含铜元素的多孔碳微球颗粒，并真空浸渍聚乙二醇作为相变芯材，使合成的相变微胶囊焓值高达133.2 J/g，可应用于储油罐温控。聚乙二醇不仅可以作为芯材，还可用于壳材料。得益于聚乙二醇基的壳材料具有固固相变特性，Wang等以硬脂酸为核芯，聚乙二醇基壳为材料合成的相变微胶囊，相对于以其他非相变材料为壳的相变微胶囊，拥有了双吸热温区。

反相乳液模板原位缩聚制备PEG/SiO2相变微胶囊

1.3　纤维法

相变纤维是另一种具有壳核结构的复合相变材料，可以通过熔融纺丝、湿法纺丝、静电纺丝、离心纺丝等手段，将聚乙二醇等相变材料包裹于有机聚合物组成的壳结构中。相变纤维相较于相变微胶囊，形态更加多样，除了丝状纤维，还可以制成纤维膜、织物等，且制备成本与难度也有所降低。使用同轴静电纺丝法，以聚氨酯(PU)、聚酰胺6(PA6)、聚乙烯醇(PVA)等聚合物作为壳层，均可以有效地将聚乙二醇封装于核芯中，阻止其吸热液化后的泄漏。进一步地，如图2所示，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为纤维基体，PEG-6000作为相变材料，并加入氧化石墨烯(GO)作为导热填料，通过静电纺丝制成的相变纤维不仅保留了优秀的抗泄漏性，而且热导率还随着氧化石墨烯(GO)含量的提高而显著提高。Zhang等则采用简单离心纺丝法，将聚丙烯腈(PAN)作为载体材料，并加入高导热性的碳化硅填料，制成以PEG-6000为核芯的相变纤维，以避免静电纺丝法在实际生产中的低生产效率和潜在危险。Chen等用熔融纺丝法制备了PA6/SiO2/PEG相变纤维，额外引入的无机树枝状二氧化硅作为支撑骨架，提高了相变稳定性且抗拉强度达1.97 cN/dtex。Fang等基于纤维素纳米纤维(CNF)和壳聚糖(CS)之间的原位离子交联，采用界面聚电解质复合纺丝法制备了聚乙二醇基复合相变纤维。纤维素纳米纤维与壳聚糖的交联网络导致的包裹效应和强界面相互作用有助于保持相变过程中优异的形状稳定性。此外，羟基化氮化硼(BN-OH)的加入使得复合相变纤维的热导率相较于纯聚乙二醇提高了22.56倍。

静电纺丝法制备聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 为壳体的聚乙二醇基相变纤维

1.4　多孔材料吸附法

三维多孔骨架材料，通常具有较大的比表面积，能够借助内部细小空隙的表面张力或毛细管效应实现对浸渍的聚乙二醇固定，也是一种制备聚乙二醇基定型相变材料的有效方法。以多孔材料为支撑骨架，吸附聚乙二醇，根据多孔材料孔隙大小的不同，从大孔-介孔-微孔，其制备难度也逐级递增。表2对比总结了不同多孔材料制成的聚乙二醇基复合相变材料性能。多孔材料吸附法制备聚乙二醇基定型复合相变材料较为容易，多孔骨架的3D结构也可以作为导热通道，增强复合相变材料的热导率，但多孔材料吸附法依旧存在着轻微泄漏的问题。将聚乙二醇浸渍到膨胀蛭石(PAL)、膨胀珍珠岩(EP)等多孔矿物质中，可以在一定的聚乙二醇负载量下，保持复合相变材料的固态特性。Ren等将PEG-800与环氧树脂(EP)混合后，真空浸渍入脱木素高粱秸秆(DSS)中，得到的定型复合相变材料在60 ℃下加热6小时的质量损失率仅为1.83%。Qian等用单壁碳纳米管(SWCNs)或碳纳米颗粒(CNPs)修饰的硅藻土吸附PEG-6000，发现虽然碳基材料会堵塞部分硅藻土的孔洞，但为聚乙二醇提供了额外的支撑性，并构建了更高效的导热通道，使得复合相变材料储热能力与导热性得到了提升。碳基多孔材料由于自身良好的导热能力，也被许多研究者用于吸附聚乙二醇，如不同方法制备的分级多孔碳泡沫。Feng等则选取了具有2.6~6.8 nm的孔径和规则二维六方结构的介孔碳，熔融浸渍了聚乙二醇，实现了75%(质量分数)的负载量，和71%的结晶率，且基于分子动力学分析发现介孔碳骨架和聚乙二醇之间原子振动的增强匹配，复合相变材料的热导率提高了60%。将聚乙二醇引入氧化石墨烯(GO)与氮化硼(BN)杂化制得的多孔支架中，不仅可以抑制聚乙二醇的液化泄漏，还能基于少量导热填料(氮化硼质量低于20%)而大幅提高相变材料的热导率。二维碳化物和氮化物(MXene)作为一种新兴材料，由于其表面的高比表面积和丰富的亲水基团会对聚乙二醇分子链产生很强的吸附力和氢键相互作用，也可以作为多孔支撑骨架吸附聚乙二醇。Du等将三聚氰胺泡沫(MF)和MXene在聚多巴胺(PDA)的作用下结合，制备的新型支撑骨架吸附PEG-4000，实现了高达186.2 J/g的熔融焓。

表2多孔材料为支撑骨架的聚乙二醇基复合相变材料性能总结

气凝胶作为一种具有高度多孔结构的材料，凭借自身高比表面积带来的优异吸附性能，同时也是一种理想的相变材料载体。其中，多孔石墨烯气凝胶不仅可以借助高孔隙率大量负载聚乙二醇，还可以通过自身预先构建导热路径，提高复合相变材料的整体热导率。Shen等采用一步法获得了基于磷酸化聚乙烯醇(PPVA)和石墨烯气凝胶(GA)作为“双网络”支撑材料的新型聚乙二醇基复合相变材料，不仅比纯聚乙二醇提高了热导率，还保持了119.6 J/g的熔化焓值。Wang等用聚乙二醇渗透冷冻干燥方法制备的还原氧化石墨烯(rGO)增强氮化硼纳米管(BNNTs)气凝胶，得到了一种零泄漏且高压缩弹性的复合相变材料。类似地，Hu等以柔性水性聚氨酯(WPU)/MXene气凝胶为支撑支架，真空浸渍聚乙二醇得到了柔性多功能复合相变材料，不仅确保了聚乙二醇的不泄漏，还拥有光驱动形状记忆和自修复功能。

1.5　化学改性法

聚乙二醇在化学结构上，其分子链两端各有一个羟基，针对该羟基对聚乙二醇进行修饰可以制备基于聚乙二醇的遥爪聚合物或带有其他基团的聚乙二醇扩链产物。其中，聚乙二醇的羟基与异氰酸酯中的异氰基发生加成反应生成聚氨酯是最常用的手段。这一反应可以将聚乙二醇这一固-液相变材料转变为固-固相变材料，从而避免液化泄漏问题。表3总结了基于不同异氰酸酯与聚乙二醇反应制得的固-固相变材料性能。化学改性法由于是使用化学反应对聚乙二醇的分子结构进行改性，因此相对于前文所述的各类物理封装法，具有更好的定型效果，其制备难度与成本也更高。

表3基于异氰酸酯与聚乙二醇的聚氨酯类固-固相变材料性能

Kou等用三聚氰胺(MF)、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)与聚乙二醇聚合化学接枝合成了具有显著自支撑、超柔性的大面积本征相变膜，并通过采用不同分子量的聚乙二醇调节相变膜的相变温度与焓值。4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)是另一种芳香族异氰酸酯，因具有优良的热稳定性和机械性能，也被多位研究人员用于与聚乙二醇合成固-固相变材料，额外加入有机蒙脱石(OMMT)、氧化石墨烯(GO)、石墨纳米片(GNP)、多壁碳纳米管(MWCNT)等填料，可以进一步增强复合相变材料的形状稳定性与热导率。Alva等以4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为扩链剂和交联剂，采用线性扩链和支化方法合成了聚乙二醇基聚氨酯共聚物。多个聚乙二醇分子基于氨基甲酸酯键在线性链延伸，聚乙烯醇(PVOH)主链接枝聚乙二醇分子作为支化，并与其他聚乙烯醇分子交联，实现了200 ℃下保持热稳定且在51 ℃熔融温度下保留了144.14 J/g的最大潜热吸收能力。

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等脂肪族异氰酸酯也可用于与聚乙二醇合成聚氨酯型固-固相变材料。Wang等在异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与PEG-6000的反应中引入动态铁离子，使制备的相变材料即使在90 ℃下也处于固态且室温下可以在酸性溶液中再加工。Reuben Raj等则用二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(HMDI)与PEG-6000合成了可承受1000次以上热循环的固-固相变材料，且加入了多壁碳纳米管(MWCNT)/石墨烯纳米片(GNP)来提升热导率。除了六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与不同分子量的聚乙二醇合成聚氨酯型相变材料，并加入泡沫石墨(GF)、木粉(WP)、功能化碳纳米管(CNT)等进一步提高材料的储热性能。六亚甲基二异氰酸酯(HDI)的延伸物也可用于制备聚氨酯型相变材料。例如六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDIT)与PEG-6000，在无溶剂一步法下合成的相变材料可实现87.1%的相对焓效率和200次热循环下的焓值不变性，在此基础上加入Mxene可以赋予固-固相变材料高效的光热转化功能。

研究者们不满足于简单地将异氰酸酯与聚乙二醇反应合成聚氨酯型相变材料，开发出了双重封装策略。如图3所示，Wu等首先用六亚甲基二异氰酸酯缩二脲(HDIB)与聚乙二醇合成聚氨酯交联网络，并将聚乙二醇渗透到其中，制成杂化半互穿复合材料(PEG@PU)，然后通过压力诱导组装与网状石墨纳米片(RGNPs)结合，制备得到的复合相变材料具有高导电性、优异的机械强度、无液相变和稳定的热性能。

基于双封装策略的聚氨酯/石墨纳米片混合网络定型复合相变材料

2 应用

2.1　热管理

由于现代电子设备的体积不断缩小且功率密度增加，导致其产生的热量显著增加。为了确保电子器件在安全的温度范围内运行，可以使用相变材料来吸收产生的热量，从而提升整体性能和延长使用寿命。而应用于电子器件热管理中的相变材料需要具有良好的绝缘性、形状稳定性等性能。例如前文提及的聚乙二醇与聚甲基丙烯酸甲酯共混的基础上，加入氮化铝(AlN)不仅可以提高热导率，还可以提升复合相变材料的体积电阻率，使相变材料符合用于电子器件热管理的绝缘性能要求。He等则将纤维素纳米纤维(CNF)和聚乙二醇溶液共混制成的相变薄膜置于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)表面，验证了聚乙二醇基的相变薄膜可以有效吸收和储存电子器件产生的热量。Wei等用纤维素纳米晶体(CNCs)和石墨烯纳米片(GNP)构建杂化网络，借助纤维素纳米晶体与聚乙二醇间的强氢键作用包封聚乙二醇，并结合热敏开关，实现了智能自适应热管理设计，制备的复合相变材料可以提供合适的环境温度，确保电子器件的正常工作。Xiao等用柔性聚多巴胺(PDA)和银纳米粒子(AgNPs)改性三聚氰胺泡沫(MF)后吸附聚乙二醇，得到的定型相变材料不仅具有电磁屏蔽功能，还在智能手机CPU热管理测试中，将CPU的最高温度降低了12 ℃。现如今电子设备的小型化，使得将聚乙二醇基复合定型相变材料用于电子器件热管理中时，不仅需要杜绝相变材料的泄漏，还需考虑相变材料在吸热时的体积膨胀等问题，综合考虑相变材料在电子设备中的布置以提升热管理效率。

随着近年来电动汽车、可充电设备的大量普及，各类电池的使用量迅速提升。电池在充放电过程中会产生大量热量，过高的温度会导致电池效率降低、循环寿命缩短，甚至引发安全隐患。特别是电动汽车采用的锂离子动力电池，对温度更为敏感，因此使用相变材料对电池进行热管理也成为了近期的研究热点。用泡沫铜作为支撑材料吸附聚乙二醇，置于18650锂离子电池组成的电池模组中，可以在不同放电倍率下降低电池模组的最高温度。近似的，用原位构建法在PEG-1500中形成相变聚合物(PCP)骨架，使定型相变材料具有双相变温度区，能够在40 ℃的环境温度下将电池模组1 C放电的最高温度和温差控制在49.2 ℃和2.2 ℃以下。Xu等用PEG-4000和交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)制得的定型相变材料，不仅使电池模组在2 C放电倍率下对比空气冷却最高温度降低了18.83 ℃，循环的最大温差降低了7.511 ℃，还通过加入微胶囊化的聚磷酸铵(MFAPP)作为阻燃剂，使其具备优异的阻燃性能。由于聚乙二醇在定型时不可避免的损失相变焓值，因此聚乙二醇基定型复合相变材料在电池高倍率充放电下的温度控制效果还有待提升。

2.2　光热转换

相变材料在光热转换中的应用提供了创新的解决方案，可以有效提高能源利用效率，优化温度管理，推动可再生能源的开发与应用。如图4(a)所示，用溶胶-凝胶法，以聚乙二醇为相变材料，氨基丙基二氧化硅(SiO2)网络和羧基多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)为骨架，合成的定型相变材料，可以在200次光诱导相变循环后保持化学稳定性与热性能耐久性。Zheng等用聚酰亚胺(PI)/磷烯(PR)杂化气凝胶真空吸附聚乙二醇，由于引入的磷烯纳米片具有出色的红外吸收和内部光热转换能力，使定型相变材料实现了82.5%的最大光热转换效率。类似的，图4(b)中使用银纳米颗粒功能化石墨烯纳米片(Ag-GNs)支撑聚乙二醇，凭借银纳米颗粒的高可见光选择性吸收和红外反射率，复合相变材料能以88.7%～92.0%的效率收集阳光并将光能转为热能。Liu等通过冰模板组装和渗透策略制成了聚乙二醇/氮化硼复合相变材料[图4(c)]，应用于太阳能热电发电机(STEG)中时实现了高达85.1%的光热能转换效率和高达40.28 W/m2的峰值功率密度。Zheng等将PEG-10000负载入聚酰亚胺(PI)/MXene杂化气凝胶中，不仅实现了高达87.28%的太阳光热转化效率，还使复合相变材料可用于基于太阳能的海水淡化中。近期也有许多学者使用生物基质的多孔材料吸附聚乙二醇，制成定型相变材料应用于太阳能收集与储存领域，诸如多孔马铃薯(PP)、纳米银粒子改性的丝瓜基多孔碳(BPC-Ag)、经过冷冻干燥法处理和聚多巴胺(PDA)改性的萝卜等。尽管许多具有光热转换功能的聚乙二醇基定型复合相变材料已经被成功制备，但对于在实际使用场景下的长期性能表现测试仍然缺乏，同时对于制造工艺与成本也需要进一步优化。

(a) 新型光诱导相变材料的光热转换原理；(b) 基于聚乙二醇和银纳米颗粒功能化石墨烯纳米片复合的相变材料光能-热能转化与储存原理；(c) 可用于太阳能热电发电机的聚乙二醇/氮化硼复合相变材料

2.3　建筑节能

相变材料的热能储存功能可以在建筑物的有效热管理中发挥重要作用。相变材料由于良好的化学和热稳定性、高熔化热以及在所需温度范围内的大可用性而被广泛用于调节建筑物的室内热环境，实现节能减排的效果。将聚乙二醇浸渍到多孔轻质骨料中，然后以适当比例加入到水泥或混凝土中，不会对力学性能产生负面影响的同时还可以赋予水泥/混凝土储热能力。借助实木中的多孔结构吸附聚乙二醇，并引入二氧化硅提高吸附性，得到的聚乙二醇改性实木可以用作节能建筑材料。Sun等以膨胀珍珠岩(EP)固定的聚乙二醇为相变材料，木粉/高密度聚乙烯(WF/HDPE)为基体，制备了具有热能储存功能的木塑复合材料(WPC)，可作为生物建筑材料，以减少能耗，提高室内舒适度。Montanari等和Xia等都提出了用具有介孔结构的透明木材吸附聚乙二醇，制备新型透明木材，因其良好的透光率而有望代替普通玻璃，且拥有更好的蓄热和隔热性能。除了建筑物外，利用相变材料的潜热来调节沥青路面温度能有效减轻如热开裂、车辙等与温度相关的路面病害。在沥青中加入少量4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、聚乙二醇和4,4'-亚甲基双(2-氯苯胺)的两步缩合反应合成的聚氨酯基固-固相变材料，具有降低炎热地区沥青路面温度的效果和减缓高温沥青路面导致的热岛效应的作用。聚乙二醇基定型复合相变材料应用于建筑时，可以有效降低能源消耗，但其在长期循环使用时的可靠性与耐久性还需进一步验证。

2.4　可穿戴设备

相变材料在各类可穿戴设备中也有着广泛应用，相变材料的加入可以有效提升用户体验。聚乙二醇得益于其良好的生物相容性与无毒性，相对其他类型相变材料，更适用于各类人体可穿戴设备中。将基于PEG-6000制成的聚氨酯与沥青基石墨泡沫(PGF)复合制备的固-固相变材料置于衣物中的耐磨层，可以提供热缓冲作用。而用聚乙二醇渗透壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)/碳纳米管(CNTs)支架得到的柔性定型相变材料，由于优异的力学性能(2.42 MPa的高拉伸强度和大于100次循环的抗弯曲性)，可用于皮肤温控组件中。前文所述的聚乙二醇基相变纤维，则可以直接制成具有蓄热和保温功能的各类织物。同时基于聚乙二醇和不同异氰酸酯得到的聚氨酯基固-固相变材料，由于大多保留了聚氨酯的柔韧特性，在可穿戴设备中应用潜力巨大。例如Chen等用碳纳米管束(CNT)组装柔性分级框架复合聚乙二醇，在聚偏二氟乙烯(PVDF)辅助下制作了用于鼻炎治疗的热疗面罩，体现了高性能的热疗效果。Dong等用PEG-2000和4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和1,2-己二醇制备的聚氨酯复合相变材料，因优异的柔韧性与接近人体温度的相变温度(36～40 ℃)而在柔性可穿戴设备中应用潜力巨大。Shi等则使用PEG-3000与六亚甲基二异氰酸酯(HDI)制得的复合相变材料不仅因良好的韧性与顺应性能够更贴合于人体上，并通过加入碳纳米管，赋予了利用太阳辐射充能的功能，利用储存的潜热为人体提供热舒适。

3 总结与展望

综上所述，聚乙二醇作为一种优异的相变材料，在实际应用中面临易泄漏的问题。为了解决这一问题，本文综述了物理共混法、微胶囊法、纤维法、多孔材料吸附法、化学改性法等手段制备的聚乙二醇基定型复合相变材料，这些方法有效地实现了聚乙二醇的定型效果。此外，通过添加碳纳米管、氮化硼、氧化石墨烯等导热填料，有效提升了复合相变材料的热导率。面向电子器件热管理、光热转换、建筑节能以及可穿戴设备等领域，各类具有良好形状稳定性的聚乙二醇基复合相变材料已经在实验室中通过上述手段成功制备，并展现出了广阔的应用前景。

尽管各类手段制得的聚乙二醇基定型复合相变材料在性能上表现良好，并具备广泛的应用潜力，但现有技术仍面临一些问题和挑战：①部分手段主要是依靠聚乙二醇与其他材料的物理结合，直接包封或借助氢键作用、毛细管力等实现聚乙二醇的封装，增强定型能力。但当聚乙二醇负载量提升后，仍存在少量泄漏的问题。②化学封装法则是通过与聚乙二醇发生化学反应，将聚乙二醇转化为聚氨酯类固-固相变材料，其形状稳定性优于物理定型方法，几乎不会出现泄漏。尽管聚乙二醇通过化学改性法制得的固-固相变材料展现出了优良的形状稳定性和柔韧性，但目前其力学性能仍显不足，使其应用场景较为局限。因此未来可以着重探究通过化学手段增强聚乙二醇基定型复合相变材料的强度、刚性等力学性能，让定型相变材料在电池热管理、建筑节能等领域额外具有防护、支撑等功能。③无论使用何种方法对聚乙二醇定型，都不可避免地会对复合相变材料相变焓值产生负面影响。因此，如何在最大程度保留聚乙二醇相变性能的前提下，增强其定型能力，将是聚乙二醇基定型复合相变材料的未来研究重点。④虽然通过添加导热增强填料可以有效提升聚乙二醇基定型复合相变材料的热导率，但大部分填料成本较高，难以在实际应用中大范围使用。因此，仍需进一步探索如双封装法等定型方法，在保证复合相变材料形状稳定性的同时尽可能提升潜热，并寻找成本更低的导热填料和其他功能性填料，以拓展聚乙二醇基定型复合相变材料的应用场景。⑤目前针对各应用领域制备的聚乙二醇基定型复合相变材料大多仍处于实验室研制阶段，对于在实际应用中长期的性能表现、可靠性以及批量生产的工艺与成本等方面仍需进一步测试与验证。