背景：
被动热管理技术因其节能高效的温度调节能力和高可靠性，在实际应用中具有巨大的潜力。这种热管理策略主要依赖自然热传递机制（如热传导、自然对流和辐射）来实现无能耗的散热。然而，在接近室温的条件下，由于温度梯度小和材料固有的热性能限制，对流和辐射的冷却能力显著受限，难以单独应对突发的热冲击或高瞬态热负荷。
相变材料（PCMs）因其高能量存储密度和在相变过程中温度波动小而备受关注。通过在相变过程中吸收潜热，PCMs能够有效缓冲温度峰值，增强系统的整体热调节能力。特别是在间歇性运行的电子设备中，PCMs可以吸收多余的热量，随后在低功率阶段释放潜热，帮助系统恢复并为下一次热循环做准备。这种被动冷却过程不仅节能，还提高了系统的稳定性和可靠性。
然而，传统PCM封装方法（如熔融纺丝、湿法纺丝和静电纺丝）存在一些局限性，如PCM含量低、纤维尺寸不均匀以及循环相变后易泄漏等问题。将相变材料封装在刚性金属容器中，虽然可以防止其液态时的泄漏，但会导致柔性的丧失，难以满足对材料柔性有较高要求的应用场景。因此，开发一种既能提高PCM热导率，又能保持其柔性和可靠性的封装方法，对于提升被动热管理系统的性能至关重要。
近期，苏州科技大学环境科学与工程学院陈永平教授团队开发了一种基于微流控技术的柔性相变纤维，通过石墨烯涂层协同增强导热与辐射性能，实现了高效无源热管理。相关研究以“Microfluidic‐Encapsulated Phase Change Fibers with Graphene Coating for Passive Thermal Management”为题目，发表在期刊《Small》上。
本文要点：
1、本文介绍了一种新型的被动热管理方法，通过微流控技术将相变材料（PCM）封装在无毒、柔性纤维中，并用石墨烯涂层增强其被动热管理性能。
2、这种相变纤维具有均匀的核壳结构，轻质多孔且致密的外壳可防止PCM泄漏，其尺寸和PCM与外壳材料的比例可根据需要精确调控。
3、在相变纤维表面涂覆石墨烯涂层，以增强其导热性和发射率，从而提高被动冷却性能，且不影响纤维的结构完整性和密封稳定性。
4、实验表明，石墨烯涂层相变纤维（GPCF）能有效降低电子元件在周期性热负荷下间歇运行的峰值和平均温度，其纯被动冷却性能相当于0.8米/秒的强迫空气冷却，可显著节省能源。
5、GPCF在周期性、短期高负荷的电子设备热管理中展现出巨大潜力，有望大幅降低冷却相关的能源消耗。
与传统冷却方法相比，GPCF（石墨烯涂层相变纤维）具有以下显著优势：
1、节能高效，无源冷却
GPCF通过纯被动散热机制实现高效热管理，无需外部电力支持。实验表明，其冷却性能等效于0.8 m/s风速的强制风冷，可替代或大幅减少传统主动冷却系统的依赖，显著降低能耗。例如，在数据中心等高负荷场景中，GPCF可减少风扇或压缩制冷的运行时长，从而降低运营成本与碳排放。
2、柔性适配复杂结构
得益于微流控技术制备的核壳结构，GPCF兼具轻质、柔性与可编织性（如可加工为中国结形态），突破传统金属封装相变材料的刚性限制。其能够贴合曲面、不规则电子元件或可穿戴设备表面，解决传统散热片、风扇等因固定结构导致的安装局限性问题。
3、热缓冲与高效散热协同
相变储能：内核RT25通过固-液相变吸收瞬态热负荷，降低电子设备的峰值和平均温度，有效避免了热应力损伤。
石墨烯增强：涂层提升导热率9.1%（达0.24 W/m·K），加速热量向纤维表面传递；同时，中红外波段辐射率提高至0.936（总辐射散热贡献44%），结合自然对流实现高效被动散热。
4、环境耐久性与可靠性
GPCF在pH 5-8的近中性环境、潮湿条件（浸泡1个月）及阳光直射（曝晒1个月）下均保持稳定，经50次相变循环后泄漏率低于5%，远超传统湿法纺丝纤维（50% PCM含量时泄漏率＞17%）。其长效稳定性适用于工业、户外电子设备等严苛场景。
5、绿色安全与高能效比
无毒环保：采用非毒性材料（RT25、PVB、石墨烯），避免传统制冷剂（如含氟工质）的臭氧层破坏风险。
高储能密度：PCM填充比例达70%，相变焓保留率超90%（熔融焓159.2 kJ/kg），在紧凑体积内实现高效热能存储与释放，显著提升单位体积冷却效能。
图1.相变纤维（PCF）和石墨烯涂层相变纤维（GPCF）的制备和形态特征。
图2.PCF和GPCF的组成和性能。
图3.制备纤维的热管理性能测试实验。a）测试单元：单元A未包裹任何纤维；单元B用PCF包裹；单元C用GPCF包裹。b）测试实验系统照片。c）测试实验系统示意图。d）测试单元结构和热电偶布置示意图。
图4.被动热管理下测试单元的热响应，占空比为1:9。每个测试单元经历五个相变循环。不采用强制空气冷却（FAC）。a）三个单元的温度变化：i）第五相变循环期间的温度变化；ii）所有相变循环中的温度变化。b）测试单元的红外热像图：i）加热过程；ii）冷却过程。
图5.被动热管理下的C机组和受到不同强度强制空气冷却（FAC）的A机组的热特性。占空比为1:9。每个测试单元经历五个相变循环。a）三个单元的温度变化：i）第五相变循环期间的温度变化；ii）所有相变循环中的温度变化。b）测试单元的红外热像图：i）加热过程；ii）冷却过程。
图6.a）所有循环中加热棒的最高温度和b）平均温度。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202500839
