熱能補(bǔ)充是全球能源消費(fèi)的主要形式，占最終能源需求總量的一半以上。能源危機(jī)和環(huán)境退化帶來的挑戰(zhàn)促使人們將熱能獲取策略從化石燃料資源轉(zhuǎn)向可再生能源。盡管如此，風(fēng)能、潮汐能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉创嬖陲@著的局限性，包括地理限制、適應(yīng)性差和效率低下，阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。解決這些局限性需要綜合的熱能管理方法，涵蓋熱能的收集、轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。在此背景下，太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)作為一種有前景的途徑，用于利用豐富的太陽能，具有轉(zhuǎn)換效率高、操作簡單和成本效益好的優(yōu)點(diǎn)。特別是，相變材料（PCMs）在太陽能熱系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，因?yàn)樗鼈兡軌蛟谙嘧冞^程中吸收和釋放大量熱能，有效緩解太陽能間歇性、分散性和效率限制帶來的挑戰(zhàn)。然而，基于PCM的太陽能熱系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中面臨泄漏、低熱導(dǎo)率和缺乏固有太陽能轉(zhuǎn)換能力等障礙。克服這些挑戰(zhàn)對(duì)于充分釋放PCM基太陽能熱系統(tǒng)在推進(jìn)可持續(xù)能源解決方案方面的潛力至關(guān)重要。
通過多孔介質(zhì)吸附、微膠囊化和靜電紡絲等封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)PCM的定形，是一種有效減輕泄漏風(fēng)險(xiǎn)的策略。在支撐材料中，三維（3D）多孔支架因其直接的封裝過程和較高的封裝效率而備受關(guān)注。過去十年中，碳泡沫、合成聚氨酯泡沫和氣凝膠等材料被廣泛用于制備定形復(fù)合相變材料（CPCMs）。然而，復(fù)雜的制造工藝導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，并產(chǎn)生大量有毒副產(chǎn)物和污染物，對(duì)可持續(xù)發(fā)展原則構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。因此，迫切需要開發(fā)既有效又可持續(xù)的3D多孔支架，具有易于制造和環(huán)保的特點(diǎn)。幸運(yùn)的是，生物體中的精細(xì)結(jié)構(gòu)激發(fā)了替代合成封裝基質(zhì)的開發(fā)。木材作為一種自然設(shè)計(jì)的典范，具有精心排列的結(jié)構(gòu)，如空心管胞、管胞元素和用于高效水和離子傳輸?shù)哪た祝瑥暮暧^尺度到納米尺度具有層次孔隙率，使其成為一種極具前景的功能材料。除了眾所周知的液體吸收和流體過濾作用外，木材還是封裝PCM的有力候選材料。
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圖1. 由植酸和MXene修飾的木氣凝膠支撐的復(fù)合相變材料的制備示意圖
解析
圖1內(nèi)容概述：
圖1展示了由植酸（Phytic Acid, PA）和MXene修飾的木氣凝膠作為支撐材料，制備復(fù)合相變材料（Composite Phase Change Materials, CPCMs）的示意圖。這一示意圖直觀地描繪了從原材料處理到最終復(fù)合材料制備的整個(gè)過程。
制備過程解析：
木氣凝膠的制備：
原材料選擇：以輕質(zhì)木材（如巴爾沙木）為初始原料，這種木材具有生長迅速、細(xì)胞結(jié)構(gòu)獨(dú)特的特點(diǎn)。
脫木素處理：通過在酸性亞氯酸鈉溶液中煮沸，選擇性去除木材中的木素，同時(shí)保留半纖維素和纖維素。這一步驟顯著提高了木材的滲透性，暴露了更多的羥基（-OH）基團(tuán)，有利于后續(xù)的功能化修飾。
干燥處理：經(jīng)過脫木素處理后的木材通過冷凍干燥，形成木氣凝膠，其具有定向的多孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的表面張力及毛細(xì)管力。
MXene/植酸雜化修飾：
MXene的引入：MXene是一種二維層狀材料，具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率、光吸收能力和阻燃性能。通過蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法，將MXene和植酸（PA）共同修飾在木氣凝膠表面。
雜化結(jié)構(gòu)形成：植酸與MXene形成氫鍵，增強(qiáng)了MXene在木氣凝膠表面的附著力和穩(wěn)定性，形成了MXene/PA雜化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅提高了木材的表面親水性，還賦予了木材額外的功能特性。
復(fù)合相變材料的制備：
真空浸漬：將修飾后的木氣凝膠（MPxDW）浸入聚乙二醇（PEG）中，通過真空浸漬技術(shù)，使PEG填充到木氣凝膠的孔隙中，形成復(fù)合相變材料（MPDWPs）。
封裝效果：MXene/PA雜化結(jié)構(gòu)和木氣凝膠的微孔結(jié)構(gòu)共同作用，有效防止了PEG在熱儲(chǔ)存過程中的泄漏，提高了復(fù)合材料的形狀穩(wěn)定性和可靠性。
功能特性與優(yōu)勢(shì)：
高熱導(dǎo)率：MXene的引入顯著提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，達(dá)到了0.82 W/m·K，是純PEG的4.6倍。
高潛熱：復(fù)合材料具有高潛熱值（135.5 kJ/kg），封裝效率高達(dá)91.5%，能夠在至少200次加熱和冷卻循環(huán)中保持熱穩(wěn)定性和耐久性。
太陽能轉(zhuǎn)換效率：復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的太陽能-熱能-電能轉(zhuǎn)換效率，高達(dá)98.58%。
阻燃性能：MXene/PA雜化結(jié)構(gòu)顯著提高了復(fù)合材料的阻燃性能，表現(xiàn)出自熄行為。
電磁屏蔽性能：復(fù)合材料還具備優(yōu)異的電磁屏蔽性能，屏蔽效能達(dá)到44.45 dB，有效緩解了電磁波帶來的健康危害。
應(yīng)用前景：
這種由植酸和MXene修飾的木氣凝膠支撐的復(fù)合相變材料，在太陽能熱能收集、建筑節(jié)能、電子設(shè)備熱管理以及電磁屏蔽等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其多功能性和優(yōu)異的性能特點(diǎn)，使其成為解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的一種潛在有效方案。
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圖2. a MAX和b多層MXene的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。c MAX和MXene的X射線衍射（XRD）圖譜。d MXene的透射電子顯微鏡（TEM）圖像及縮略圖中的光學(xué)圖像。e MXene的原子力顯微鏡（AFM）圖像。f MXene對(duì)應(yīng)的AFM高度剖面圖。g 示意圖展示MXene懸浮液中快速蒸發(fā)水觸發(fā)的MXene納米片自組裝過程。
解析
這段文字描述了圖2中展示的一系列關(guān)于MAX和MXene材料的微觀結(jié)構(gòu)表征圖像及其說明。以下是對(duì)各部分的詳細(xì)解析：
圖2a和b：SEM圖像
MAX：圖2a展示了MAX材料的掃描電子顯微鏡圖像。MAX是一類具有層狀結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，通常作為制備MXene的前驅(qū)體。
多層MXene：圖2b展示了多層MXene的SEM圖像。MXene是通過從MAX材料中選擇性蝕刻掉A元素（如鋁）而得到的二維過渡金屬碳化物或氮化物，具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能。
圖2c：XRD圖譜
MAX和MXene的XRD圖譜：X射線衍射（XRD）是一種用于分析材料晶體結(jié)構(gòu)的技術(shù)。圖2c展示了MAX和MXene的XRD圖譜，通過比較兩者的衍射峰位置和強(qiáng)度，可以分析MXene制備過程中晶體結(jié)構(gòu)的變化。
圖2d：TEM圖像及光學(xué)圖像
MXene的TEM圖像：透射電子顯微鏡（TEM）能夠提供材料的高分辨率圖像，圖2d展示了MXene的TEM圖像，可以清晰地看到MXene納米片的層狀結(jié)構(gòu)。
光學(xué)圖像：縮略圖中的光學(xué)圖像提供了MXene懸浮液的整體外觀，有助于直觀理解MXene的分散狀態(tài)。
圖2e和f：AFM圖像及高度剖面圖
MXene的AFM圖像：原子力顯微鏡（AFM）能夠提供材料表面的三維形貌信息，圖2e展示了MXene的AFM圖像，可以觀察到MXene納米片的表面粗糙度和形貌特征。
高度剖面圖：圖2f是MXene對(duì)應(yīng)的AFM高度剖面圖，通過測(cè)量納米片表面的高度變化，可以進(jìn)一步分析MXene的形貌和厚度。
圖2g：自組裝過程示意圖
自組裝過程：圖2g是一個(gè)示意圖，展示了MXene懸浮液中快速蒸發(fā)水觸發(fā)的MXene納米片自組裝過程。在這個(gè)過程中，隨著水的蒸發(fā)，MXene納米片之間的相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致它們自組裝成有序的結(jié)構(gòu)。這種自組裝過程對(duì)于制備具有特定結(jié)構(gòu)和性能的MXene基復(fù)合材料具有重要意義。
總結(jié)
圖2通過SEM、XRD、TEM和AFM等多種表征技術(shù)，詳細(xì)展示了MAX和MXene材料的微觀結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)特征。同時(shí)，通過示意圖直觀描述了MXene納米片的自組裝過程，為理解MXene的制備和性能提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支持。
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圖3 橫截面和縱截面視圖中，負(fù)載有MXene和植酸（PA）的木質(zhì)氣凝膠（MP10DW）的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和能量色散X射線光譜圖像。c 圖展示了PA在形成穩(wěn)定MXene混合結(jié)構(gòu)中的作用示意圖。d 原始木材（RW）、脫木質(zhì)素木材（DW）、僅負(fù)載MXene的木材（M10DW）和同時(shí)負(fù)載MXene與PA的木材（MP10DW）的照片。e RW、DW和MP10DW的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和f X射線衍射（XRD）圖譜。
解析
這段文字描述了一個(gè)科學(xué)研究中關(guān)于木質(zhì)氣凝膠負(fù)載MXene和植酸（PA）復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分分析的部分。下面是對(duì)各個(gè)部分的詳細(xì)解析：
場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）和能量色散X射線光譜（EDS）圖像：
橫截面和縱截面視圖：這些視圖提供了木質(zhì)氣凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，包括MXene和PA在木質(zhì)氣凝膠中的分布情況。FE-SEM圖像可以展示材料的微觀形貌，而EDS圖像則可以顯示材料中元素的分布。
MP10DW：這是指同時(shí)負(fù)載了MXene和PA的木質(zhì)氣凝膠樣品。通過FE-SEM和EDS分析，可以觀察到MXene和PA在木質(zhì)氣凝膠中的均勻分布以及它們之間的相互作用。
PA在形成穩(wěn)定MXene混合結(jié)構(gòu)中的作用示意圖：
這部分通過示意圖展示了植酸（PA）如何與MXene相互作用，形成穩(wěn)定的混合結(jié)構(gòu)。PA可能通過氫鍵或其他相互作用與MXene結(jié)合，增強(qiáng)了MXene在木質(zhì)氣凝膠中的穩(wěn)定性和分散性。
照片展示：
展示了原始木材（RW）、脫木質(zhì)素木材（DW）、僅負(fù)載MXene的木材（M10DW）和同時(shí)負(fù)載MXene與PA的木材（MP10DW）的外觀。這些照片有助于比較不同處理步驟對(duì)木材外觀的影響。
傅里葉變換紅外光譜（FTIR）：
FTIR圖譜用于分析材料的化學(xué)成分和官能團(tuán)。通過比較RW、DW和MP10DW的FTIR圖譜，可以觀察到脫木質(zhì)素處理和MXene/PA負(fù)載對(duì)木材化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。例如，脫木質(zhì)素處理可能會(huì)去除木材中的某些官能團(tuán)，而MXene/PA的負(fù)載則可能引入新的官能團(tuán)。
X射線衍射（XRD）圖譜：
XRD圖譜用于分析材料的晶體結(jié)構(gòu)。通過比較RW、DW和MP10DW的XRD圖譜，可以了解脫木質(zhì)素處理和MXene/PA負(fù)載對(duì)木材晶體結(jié)構(gòu)的影響。例如，MXene的引入可能會(huì)在XRD圖譜中產(chǎn)生新的衍射峰，表明MXene在木材中的成功負(fù)載。
總結(jié)
這段文字詳細(xì)描述了通過FE-SEM、EDS、FTIR和XRD等手段對(duì)負(fù)載有MXene和PA的木質(zhì)氣凝膠進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分分析的過程。這些分析有助于理解MXene和PA在木質(zhì)氣凝膠中的分布、相互作用以及對(duì)木材結(jié)構(gòu)和性能的影響。
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圖4 橫截面和縱截面下RWP、DWP、MP2DWP和MP10DWP的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡圖像。c 在25°C和80°C下，PEG和MPDWPs的防泄漏性能評(píng)估。d 與文獻(xiàn)[34, 36, 57, 59–62]中其他多孔材料相比，本工作中制備的木質(zhì)基底的封裝能力。e MP10DW、PEG和MP10DWP的FTIR（傅里葉變換紅外光譜）和f XRD（X射線衍射）圖譜。g 在25°C和80°C下的機(jī)械測(cè)試照片。
解析
圖4描述
圖4展示了不同處理?xiàng)l件下木質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能評(píng)估。具體包含以下幾個(gè)部分：
場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡圖像：
橫截面和縱截面視圖：圖中展示了原始木質(zhì)材料（RWP）、脫木素木質(zhì)材料（DWP）、以及經(jīng)過MXene和植酸（PA）共修飾的木質(zhì)材料（MP2DWP和MP10DWP）在橫截面和縱截面下的微觀結(jié)構(gòu)。這些圖像有助于觀察木質(zhì)材料的孔隙結(jié)構(gòu)、MXene/PA修飾層以及PEG的填充情況。
防泄漏性能評(píng)估：
溫度條件：在25°C和80°C下評(píng)估了純PEG和MPDWPs（MXene/PA修飾的木質(zhì)基復(fù)合相變材料）的防泄漏性能。
評(píng)估目的：通過測(cè)試不同溫度下的泄漏情況，驗(yàn)證MPDWPs在熱儲(chǔ)存過程中的穩(wěn)定性和可靠性。
封裝能力比較：
對(duì)比對(duì)象：將本工作中制備的木質(zhì)基底的封裝能力與文獻(xiàn)中報(bào)道的其他多孔材料進(jìn)行了比較。
比較指標(biāo)：包括封裝效率、孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)封裝效果的影響等，以證明本工作中木質(zhì)基底在封裝相變材料方面的優(yōu)越性。
FTIR和XRD圖譜：
分析目的：通過FTIR和XRD分析，探究MP10DW、PEG和MP10DWP的化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)。
分析內(nèi)容：FTIR圖譜用于分析材料中的化學(xué)鍵和官能團(tuán)，XRD圖譜用于確定材料的晶體結(jié)構(gòu)和相變行為。
機(jī)械測(cè)試照片：
測(cè)試條件：在25°C和80°C下對(duì)MPDWPs進(jìn)行了機(jī)械測(cè)試，并拍攝了照片。
測(cè)試目的：評(píng)估MPDWPs在不同溫度下的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以驗(yàn)證其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。
整體解析
圖4通過多種表征手段全面評(píng)估了MXene/PA修飾的木質(zhì)基復(fù)合相變材料的微觀結(jié)構(gòu)、防泄漏性能、封裝能力、化學(xué)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。這些結(jié)果共同證明了MPDWPs在太陽能熱能儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。具體來說：
微觀結(jié)構(gòu)：MXene/PA修飾層成功沉積在木質(zhì)材料表面，形成了連續(xù)的、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，有助于防止PEG的泄漏。
防泄漏性能：MPDWPs在高溫下仍能保持形狀穩(wěn)定，無泄漏現(xiàn)象，表明其具有良好的熱穩(wěn)定性和可靠性。
封裝能力：與文獻(xiàn)中其他多孔材料相比，本工作中的木質(zhì)基底表現(xiàn)出更高的封裝效率和更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)：FTIR和XRD分析證實(shí)了MPDWPs中PEG的化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變，表明封裝過程對(duì)PEG的性能無負(fù)面影響。
機(jī)械性能：機(jī)械測(cè)試結(jié)果顯示MPDWPs在不同溫度下均表現(xiàn)出良好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，適用于實(shí)際熱能儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
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圖5 MPDWPs的DSC（差示掃描量熱法）熱譜圖，包括a冷卻和b加熱過程。c分別為純PEG、DWP和MPDWPs的過冷度。d MPDWPs的焓值。e純PEG、DWP和MPDWPs的縱向和f徑向熱導(dǎo)率。g MP10DWP中熱導(dǎo)率增強(qiáng)的可能機(jī)制以及相變過程中PEG鏈的運(yùn)動(dòng)
解析
這段文字描述了圖5中展示的一系列關(guān)于MPDWPs（經(jīng)過MXene和植酸（PA）混合修飾的木基復(fù)合相變材料）的DSC熱譜圖及其相關(guān)性能分析。具體解析如下：
DSC熱譜圖：
a冷卻和b加熱過程：DSC熱譜圖用于分析材料在加熱和冷卻過程中的熱效應(yīng)，如熔化和凝固。圖5中的a和b部分分別展示了MPDWPs在冷卻和加熱過程中的熱譜圖，這有助于了解材料的相變溫度和熱焓變化。
過冷度：
c部分：過冷度是指材料在冷卻過程中溫度降低到理論凝固點(diǎn)以下仍未發(fā)生凝固的現(xiàn)象。圖中展示了純PEG、DWP（未修飾的木基材料）和MPDWPs的過冷度，通過比較可以評(píng)估修飾對(duì)材料過冷行為的影響。
焓值：
d部分：焓值（ΔH）是材料在相變過程中吸收或釋放的熱量。MPDWPs的焓值數(shù)據(jù)反映了修飾后材料的熱能儲(chǔ)存能力，對(duì)于評(píng)估其作為相變材料的性能至關(guān)重要。
熱導(dǎo)率：
e縱向和f徑向熱導(dǎo)率：熱導(dǎo)率是材料傳導(dǎo)熱量的能力。圖中展示了純PEG、DWP和MPDWPs在縱向和徑向的熱導(dǎo)率，這有助于了解修飾對(duì)材料熱傳導(dǎo)性能的影響。MPDWPs，特別是MP10DWP，由于MXene的加入，熱導(dǎo)率顯著提高，這對(duì)于提高材料的熱管理效率非常重要。
熱導(dǎo)率增強(qiáng)的可能機(jī)制：
g部分：這部分解釋了MP10DWP中熱導(dǎo)率增強(qiáng)的可能機(jī)制，包括MXene納米片在木材細(xì)胞壁表面的連續(xù)結(jié)構(gòu)形成，這有助于光子傳輸和整體熱導(dǎo)率的提高。此外，還討論了相變過程中PEG鏈的運(yùn)動(dòng)，以及修飾如何影響這些運(yùn)動(dòng)，從而影響材料的熱性能。
整體而言，這段文字和圖5共同展示了MPDWPs作為相變材料的優(yōu)異性能，包括其熱穩(wěn)定性、熱能儲(chǔ)存能力和熱傳導(dǎo)性能，以及MXene和PA修飾對(duì)材料性能的顯著提升作用。
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圖6 a DW、PEG和MPDWPs的熱重分析（TGA）和b微商熱重分析（DTG）。通過c焓值、d差示掃描量熱法（DSC）、e傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和f X射線衍射（XRD）測(cè)量，觀察MP10DWP在200次連續(xù)加熱和冷卻循環(huán)前后的穩(wěn)定性和可回收性。
解析
這段文字描述的是圖6中展示的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果，主要關(guān)注的是DW（去木質(zhì)素的木材）、PEG（聚乙二醇，一種常用的相變材料）以及MPDWPs（經(jīng)過MXene和植酸（PA）共修飾的木材基復(fù)合相變材料）的熱穩(wěn)定性和循環(huán)使用性能。具體解析如下：
TGA和DTG分析：
TGA（熱重分析）：用于測(cè)量材料在加熱過程中質(zhì)量的變化，從而評(píng)估其熱穩(wěn)定性。圖6a展示了DW、PEG和MPDWPs的TGA曲線，可以觀察到不同材料在加熱過程中的質(zhì)量損失情況。
DTG（微商熱重分析）：是TGA曲線的導(dǎo)數(shù)，用于更精確地確定材料熱分解的溫度范圍和速率。圖6b展示了相應(yīng)的DTG曲線，提供了關(guān)于材料熱分解動(dòng)力學(xué)的更多信息。
穩(wěn)定性和可回收性評(píng)估：
通過一系列實(shí)驗(yàn)（包括焓值測(cè)量、DSC分析、FTIR光譜和XRD衍射）來評(píng)估MP10DWP在200次連續(xù)加熱和冷卻循環(huán)前后的性能變化。
焓值測(cè)量（圖6c）：用于量化材料在相變過程中吸收或釋放的熱量，從而評(píng)估其熱能存儲(chǔ)能力。通過比較循環(huán)前后的焓值，可以判斷材料的熱穩(wěn)定性。
DSC分析（圖6d）：差示掃描量熱法用于測(cè)量材料在加熱和冷卻過程中的相變溫度和熱焓，進(jìn)一步驗(yàn)證材料的熱穩(wěn)定性和相變性能。
FTIR光譜（圖6e）：傅里葉變換紅外光譜用于分析材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，通過比較循環(huán)前后的光譜，可以判斷材料在循環(huán)過程中是否發(fā)生了化學(xué)變化。
XRD衍射（圖6f）：X射線衍射用于分析材料的晶體結(jié)構(gòu)，通過比較循環(huán)前后的XRD圖譜，可以判斷材料的晶體結(jié)構(gòu)是否在循環(huán)過程中發(fā)生了變化。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />
這些實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證MP10DWP作為一種復(fù)合相變材料，在經(jīng)歷多次加熱和冷卻循環(huán)后，是否能夠保持其原有的熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，從而評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和耐久性。
通過這些分析，研究人員可以全面了解MP10DWP的熱穩(wěn)定性和循環(huán)使用性能，為其在太陽能熱能收集、電磁屏蔽和阻燃等領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
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圖7 a DW、PEG和MPDWPs的熱釋放速率（HRR）和b總熱釋放量（THR）。c MP10DWP殘?zhí)康膾呙桦娮语@微鏡（SEM）圖像和d能量色散X射線光譜（EDS）映射。e DWP和MPDWPs在垂直燃燒測(cè)試中的數(shù)碼照片。f MPDWPs可能的阻燃機(jī)制
解析
這段文字描述了圖7中展示的一系列關(guān)于DW（未改性納米木）、PEG（聚乙二醇，作為相變材料）和MPDWPs（MXene/植酸共改性納米木復(fù)合相變材料）的阻燃性能測(cè)試結(jié)果及分析。
圖7a和b：
HRR（熱釋放速率）和THR（總熱釋放量）是評(píng)估材料燃燒性能的重要指標(biāo)。
圖7a和b分別展示了DW、PEG和MPDWPs在燃燒過程中的HRR和THR曲線，用于比較它們的燃燒行為和阻燃效果。
結(jié)果顯示，與未改性的DW和純PEG相比，MPDWPs的HRR和THR顯著降低，表明其阻燃性能得到顯著提升。
圖7c和d：
SEM圖像和EDS映射用于分析MP10DWP（一種具體的MPDWPs樣品）燃燒后殘?zhí)康奈⒂^結(jié)構(gòu)和元素分布。
SEM圖像可以揭示殘?zhí)康男蚊蔡卣鳎缡欠裥纬芍旅艿奶繉樱@對(duì)于評(píng)估材料的阻燃性能至關(guān)重要。
EDS映射則用于確定殘?zhí)恐懈髟氐姆植记闆r，特別是P和Ti元素（來自植酸和MXene），這些元素在阻燃過程中可能發(fā)揮重要作用。
圖7e：
展示了DWP和MPDWPs在垂直燃燒測(cè)試中的數(shù)碼照片。
垂直燃燒測(cè)試是一種直觀的評(píng)估材料阻燃性能的方法，通過觀察樣品在燃燒過程中的行為（如是否自熄、燃燒速度等）來評(píng)價(jià)其阻燃效果。
照片顯示，MPDWPs在燃燒過程中表現(xiàn)出自熄行為，而DWP則持續(xù)燃燒，進(jìn)一步證明了MPDWPs的優(yōu)異阻燃性能。
圖7f：
提出了MPDWPs可能的阻燃機(jī)制。
根據(jù)前面的測(cè)試結(jié)果和分析，可以推測(cè)MPDWPs的阻燃性能主要?dú)w因于MXene和植酸的協(xié)同作用。MXene納米片可以形成致密的炭層，有效阻隔氧氣和熱量的傳遞；而植酸則可能通過催化成炭和自由基淬滅等機(jī)制來抑制燃燒過程。
這種協(xié)同作用使得MPDWPs在燃燒過程中能夠迅速形成保護(hù)層，減少可燃性氣體的釋放和熱量的傳遞，從而達(dá)到阻燃的目的。
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圖8
a. 太陽能轉(zhuǎn)化為電能的測(cè)試系統(tǒng)數(shù)碼照片。
b. DWP和MP10DWP的紫外-可見吸收光譜。
c. 在氙燈交替開關(guān)過程中，DWP和MPDWPs的溫度變化曲線。
d. 混合改性木材封裝相變材料（PCMs）實(shí)現(xiàn)有效太陽能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)制。
e. 在氙燈交替開關(guān)過程中，MP10DWP進(jìn)行10次太陽能轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存和釋放的循環(huán)。
f. 在模擬多云天氣場(chǎng)景下，使用和不使用MP10DWP的測(cè)試系統(tǒng)的電壓波動(dòng)。
解析
圖8a：太陽能轉(zhuǎn)化為電能的測(cè)試系統(tǒng)數(shù)碼照片
內(nèi)容：展示了用于測(cè)試太陽能轉(zhuǎn)化為電能效率的實(shí)驗(yàn)裝置照片。
意義：通過實(shí)際裝置照片，直觀展示了實(shí)驗(yàn) setup，有助于理解后續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的來源和實(shí)驗(yàn)條件。
圖8b：DWP和MP10DWP的紫外-可見吸收光譜
內(nèi)容：比較了未改性木材（DWP）和經(jīng)過MXene/植酸（PA）混合改性后的木材（MP10DWP）在紫外-可見光區(qū)的吸收光譜。
解析：
DWP在可見光區(qū)吸收較弱，表明其光熱轉(zhuǎn)換能力有限。
MP10DWP在整個(gè)檢測(cè)光譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出高吸收率，特別是在可見光區(qū)（390-790 nm）吸收值接近1，表明MXene的引入顯著提高了材料的光吸收能力。
圖8c：在氙燈交替開關(guān)過程中，DWP和MPDWPs的溫度變化曲線
內(nèi)容：展示了在模擬太陽光（氙燈）照射下，DWP和不同MXene含量的MPDWPs（如MP2DWP, MP10DWP）的溫度隨時(shí)間變化曲線。
解析：
DWP在照射160秒后溫度未能超過30°C，遠(yuǎn)低于其相變溫度，表明其太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率低。
MP2DWP在相同條件下完成了完整的相變熱儲(chǔ)存過程，峰值溫度達(dá)到63.2°C，表明少量MXene即可顯著提升光熱轉(zhuǎn)換能力。
MP10DWP峰值溫度達(dá)到91.4°C，顯示出更高的光熱轉(zhuǎn)換效率。
圖8d：混合改性木材封裝PCMs實(shí)現(xiàn)有效太陽能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)制
內(nèi)容：闡述了MXene/PA混合改性木材封裝PCMs實(shí)現(xiàn)高效太陽能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)制。
解析：
木材的去木質(zhì)素處理減少了陽光反射，同時(shí)暴露的納米木纖維素表面提供了更多的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)。
MXene納米片在木材表面的沉積形成了連續(xù)的導(dǎo)熱和光吸收結(jié)構(gòu)，提高了光熱轉(zhuǎn)換效率。
封裝在木材孔隙中的PEG通過MXene的高效導(dǎo)熱性快速儲(chǔ)存熱能，實(shí)現(xiàn)高效的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存。
圖8e：在氙燈交替開關(guān)過程中，MP10DWP進(jìn)行10次太陽能轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存和釋放的循環(huán)
內(nèi)容：展示了MP10DWP在氙燈交替開關(guān)過程中，進(jìn)行10次完整的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能并儲(chǔ)存和釋放的循環(huán)性能。
解析：
MP10DWP在多次循環(huán)中表現(xiàn)出穩(wěn)定的熱能儲(chǔ)存和釋放性能，表明其具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和耐久性。
這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中需要長時(shí)間、連續(xù)工作的太陽能熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)尤為重要。
圖8f：在模擬多云天氣場(chǎng)景下，使用和不使用MP10DWP的測(cè)試系統(tǒng)的電壓波動(dòng)
內(nèi)容：比較了在模擬多云天氣條件下（通過泡沫覆蓋光源模擬云層遮擋），使用和不使用MP10DWP的測(cè)試系統(tǒng)的電壓波動(dòng)情況。
解析：
未使用MP10DWP的系統(tǒng)在云層遮擋時(shí)電壓波動(dòng)明顯，表明其輸出不穩(wěn)定。
使用MP10DWP的系統(tǒng)在云層遮擋期間仍能保持穩(wěn)定的電壓輸出，表明MP10DWP能夠有效吸收和儲(chǔ)存太陽能，并在需要時(shí)穩(wěn)定釋放熱能，從而維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中需要應(yīng)對(duì)多變天氣條件的太陽能熱能利用系統(tǒng)具有重要意義。
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圖9 a 不同MXene含量的DWP和MPDWPs在X波段對(duì)電磁干擾屏蔽效能的影響。b 在12.4 GHz頻率下，與MPDWPs相關(guān)的總電磁干擾屏蔽效能（SET）、微波吸收（SEA）和微波反射（SER）的比較。c, d 通過特斯拉線圈對(duì)DWP和MP10DWP進(jìn)行電磁干擾屏蔽測(cè)試的數(shù)字照片。e MPDWPs電磁干擾屏蔽示意圖
解析
圖9a：不同MXene含量的DWP和MPDWPs在X波段對(duì)電磁干擾屏蔽效能的影響
內(nèi)容描述：該圖展示了未添加MXene的木質(zhì)氣凝膠（DWP）以及添加了不同含量MXene的木質(zhì)基復(fù)合相變材料（MPDWPs，其中MP代表MXene和植酸共修飾，DWP代表木質(zhì)氣凝膠，P代表聚乙二醇（PEG）作為相變材料）在X波段（8.2-12.4 GHz）頻率范圍內(nèi)的電磁干擾（EMI）屏蔽效能。
關(guān)鍵點(diǎn)：
隨著MXene含量的增加，MPDWPs的EMI屏蔽效能顯著提高。
未添加MXene的DWP幾乎不具備EMI屏蔽能力。
圖9b：在12.4 GHz頻率下，與MPDWPs相關(guān)的總電磁干擾屏蔽效能（SET）、微波吸收（SEA）和微波反射（SER）的比較
內(nèi)容描述：該圖詳細(xì)比較了在12.4 GHz這一特定頻率下，MPDWPs的總EMI屏蔽效能（SET）、微波吸收（SEA）和微波反射（SER）。
關(guān)鍵點(diǎn)：
SET是SEA和SER的總和，反映了材料整體的EMI屏蔽能力。
對(duì)于MPDWPs，SEA（微波吸收）在SET中占主導(dǎo)地位，表明材料主要通過吸收微波來實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽。
SER（微波反射）相對(duì)較小，說明材料對(duì)微波的反射較少，有助于減少二次污染。
圖9c, d：通過特斯拉線圈對(duì)DWP和MP10DWP進(jìn)行電磁干擾屏蔽測(cè)試的數(shù)字照片
內(nèi)容描述：這兩張數(shù)字照片展示了通過特斯拉線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)DWP和MP10DWP（MXene含量為10%的MPDWP）進(jìn)行EMI屏蔽測(cè)試的情景。
關(guān)鍵點(diǎn)：
在特斯拉線圈產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)中，未添加MXene的DWP無法有效屏蔽電磁波，導(dǎo)致連接的燈泡保持明亮。
相反，MP10DWP能夠顯著屏蔽電磁波，使得連接的燈泡熄滅或亮度大幅降低，直觀展示了其優(yōu)異的EMI屏蔽性能。
圖9e：MPDWPs電磁干擾屏蔽示意圖
內(nèi)容描述：該示意圖展示了MPDWPs如何通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽。
關(guān)鍵點(diǎn)：
MPDWPs結(jié)合了木質(zhì)氣凝膠的各向異性蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)和MXene納米片的優(yōu)異導(dǎo)電性。
木質(zhì)氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)有助于電磁波在材料內(nèi)部多次反射和散射，增加電磁波與材料內(nèi)部的相互作用路徑和時(shí)間。
MXene納米片在木質(zhì)氣凝膠表面的均勻沉積提供了額外的微波吸收界面，通過吸收和耗散電磁波能量來實(shí)現(xiàn)高效的EMI屏蔽。
這種協(xié)同作用使得MPDWPs在保持輕質(zhì)和柔韌性的同時(shí)，具備了優(yōu)異的EMI屏蔽性能。
在本研究中，我們創(chuàng)新性地制備了一類具有多功能特性的木基復(fù)合相變材料，包括高效的太陽能熱能儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換、優(yōu)異的電磁干擾屏蔽和強(qiáng)大的阻燃性能。合成過程采用了一種簡便且環(huán)保的方法，即木材脫木質(zhì)素后通過MXene/植酸（PA）共修飾，利用木氣凝膠的固有各向異性和多功能性來支撐聚乙二醇（PEG）。木基微孔結(jié)構(gòu)以及MXene/PA雜化結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)在防止PEG泄漏方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，這得益于強(qiáng)大的表面張力、毛細(xì)作用力和氫鍵。所制備的CPCMs表現(xiàn)出顯著的PEG封裝產(chǎn)率和高的熱能儲(chǔ)存密度，并且在至少200次加熱和冷卻循環(huán)中保持了熱穩(wěn)定性和耐久性。此外，MXene納米片在木氣凝膠表面的戰(zhàn)略沉積顯著提高了太陽能轉(zhuǎn)換效率（高達(dá)98.58%）和X波段的電磁干擾屏蔽效能，最大值達(dá)到44.45 dB。此外，PA與MXene的結(jié)合還顯著限制了所制備CPCMs的可燃性。特別是MP10DWP表現(xiàn)出自熄行為，關(guān)鍵阻燃參數(shù)如峰值熱釋放率和總熱釋放量分別降低了37.43%和36.28%。鑒于這些顯著優(yōu)勢(shì)，這種將簡便的MXene和PA雜化木材修飾相結(jié)合的多方面方法增強(qiáng)了所得定形復(fù)合相變材料的多功能性，有助于擴(kuò)展其在太陽能收集方面的潛在應(yīng)用。https://doi.org/10.1007/s40820-024-01414-4
摘自《石墨烯研究》公眾號(hào)
