研究背景：
随着经济的快速发展，全球对能源的需求不断上升。然而，不可再生能源的持续开发对环境造成了不可逆转的影响，能源短缺问题日益严重。因此，如何有效提高能源利用率已成为广泛关注的议题，其中新能源存储材料是当前研究的焦点。
相变材料（Phase Change Materials，PCMs）具有优异的蓄热能力，在相变过程中能够有效地吸收和释放大量的能量。这使得它们在优化光伏系统热控制、增强超级电容器、电池和电子设备的能源存储等一系列应用中具有重要的价值。此外，在建筑物和医疗领域，相变材料还具有温度调节的潜力。同时，该类材料还可以用于温度调节织物的制备，并且能在干燥、海水淡化和制热等多种工艺中有效利用剩余和可再生热能。
尽管PCM作为热储存介质已被广泛使用，但在实际应用中，PCM存在导热率低、易泄漏和腐蚀等局限性。为了克服这些挑战，可以将PCM封装到微封装相变材料（MEPCM）胶囊/纤维中。这种封装可防止PCM出现泄漏和腐蚀问题，而微胶囊/纤维则可作为热传导管道，实现PCM与周围环境之间的有效热量交换。过去十年来，基于微流控技术的MEPCM因其对流动条件和微胶囊尺寸的精细控制而备受关注。
导读：
近期，深圳大学高等研究院闫昇研究员、宁波诺丁汉大学任勇副教授、英国诺丁汉大学阎玉英教授等人发表综述，概述了基于微流控的PCM封装技术的最新进展。首先阐述了利用微流控技术制备MEPCM胶囊/纤维的原理和方法，并对其热特性和微观结构进行了分析。随后，总结了MEPCM在建筑节能、纺织品、军用航空、太阳能利用和生物工程等领域的应用。最后，对MEPCM胶囊/纤维的发展前景进行了展望。相关研究成果以“Phase Change Materials Meet Microfluidic Encapsulation”为题目，发表在期刊《Advanced Science》上。
本文要点：
1、本文综述了基于微流控的PCM封装技术的最新进展。
2、详细阐述了利用微流控技术制备MEPCM胶囊/纤维的原理和方法，并对其热特性和微观结构特性进行了分析。
3、总结了MEPCM胶囊/纤维在建筑节能、纺织、军事航空、太阳能利用和生物工程等领域的应用。
4、对MEPCM胶囊/纤维目前面临的挑战和发展前景进行了讨论和展望。
一张图读懂全文：
微流控技术在MEPCM封装中的主要优势是什么？
1、精确控制：微流控技术可以精确控制微量流体在微通道中的流动，从而实现对MEPCM微胶囊尺寸和结构的精确调控。
2、高封装率：通过微流控技术制备的MEPCM通常具有较高的封装率，这意味着更高效的热能存储和更稳定的性能。
3、单分散性：微流控装置能够生成具有高单分散性的微胶囊，这对于确保MEPCM在应用中的一致性和可靠性至关重要。
4、结构多样性：微流控技术能够制备出具有不同结构特性的MEPCM，如双层或多层壳结构，以满足不同应用需求。
MEPCM由于其出色的热能储存和调节能力，在多个领域展现出广泛的应用潜力。以下是MEPCM应用的几个方面：
1、建筑节能
MEPCM能够吸收、储存和释放热量，有效调节室内温度，节约能源消耗。
可集成到水泥砂浆、墙体和混凝土等建筑材料中，提升建筑材料的热管理性能。
在建筑节能领域有广阔的应用前景，尽管如此，要实现商业化和大规模应用还需要进一步的研究和开发
2、纺织品
MEPCM的应用能够为服装提供自动的温度调节功能，适用于特殊服装如军服。
增强了纺织品的隔热性能和热稳定性，提高了穿着舒适性。
3、航天航空和军事
MEPCM可用于航空电子设备的热管理，延长设备使用寿命，增强可靠性。
在军事领域，MEPCM可用于红外隐身技术，通过减少热辐射来提高军事装备的隐蔽性。
4、太阳能利用
MEPCM能提高太阳能集热系统的效率，促进太阳能的有效吸收和利用。
可用于太阳能收集织物，将太阳能转化为热能并储存，供后续使用。
5、催化和生物工程
MEPCM可与催化剂结合，形成具有热能存储功能的多功能材料，用于提高化学反应的效率和选择性。
在生物医学领域，MEPCM可用于局部加热治疗，如药物释放系统或促进血液循环的设备。
图1.MEPCM胶囊/纤维的发展历程
图2.基于微流控的PCM的制备与应用概况
图3.PCM的分类
图4.交叉点的几何形状：A）交叉流、B）流动聚焦和C）共流。D）流动聚焦微流控装置。E）同轴共流微流控装置。F）双流动聚焦微流控装置
图5.层流液线模板的形成
图6.PCM胶囊的简化模型
图7.利用毛细管微流控装置制备MEPCM微胶囊的过程示意图
图8.详细直径与A）内流速率Qi和B）外流速率Qo之间的关系
图9.A）利用同轴毛细管微流控装置制备MEPCM纤维。B）制成的具有芯鞘结构的复合相变微纤维的示意图
图10.通过传统方法制备的MEPCM胶囊/MEPCM纤维的扫描电镜显微照片
图11.利用双乳液液滴模板制备的MEPCM的粒径分布
图12.MEPCM胶囊的热导率表征
图13.MEPCM胶囊/MEPCM纤维的相变蓄热性能表征
图14.MEPCM胶囊/MEPCM纤维的热稳定性表征
图15.MEPCM胶囊/纤维在建筑节能中的应用
图16.MEPCM胶囊/纤维在纺织品中的应用
图17.不同织物的红外隐身效果
图18.MEPCM胶囊/纤维在太阳能利用领域的应用
图19.负载二氧化钛的MEPCM胶囊的光催化活性
图20.该系统可为深静脉血栓治疗提供局部热疗
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202304580
