气候变化导致的极端高温事件威胁着人类社会，并推动了能源消耗的增加，尤其是在制冷方面[[1], [2], [3], [4]]。目前，全球近90%的能源消耗与热生成和控制有关[5]。建筑热管理系统的运行占总年能源使用的很大比例（>70%），由于极端天气条件的频繁发生，这一比例预计还会继续增加[6]。传统的建筑热管理系统往往效率低下，需要消耗大量能源来维持舒适的室内环境[[7], [8], [9]]。目前，建筑围护结构材料通常能达到30%以上的隔热和节能效果，但其阻燃等级通常为B级[10,11]，这无法满足被动超低能耗建筑对能够承受极高温度同时保持阻燃性的外壳材料的迫切需求，从而存在显著的安全风险[12]。
相变材料（PCMs）已被开发用于潜热储存，在这一领域提供了有前景的解决方案[13,14]。PCMs以其稳定的相变行为、高的潜热容量以及良好的安全性和可控性而闻名[15,16]。典型的相变材料包括有机化合物、无机物质和低熔点共晶混合物。近年来，基于固液相变的潜热热能储存（LHTES）技术因具有高能量储存密度和在运行过程中能够保持接近恒定温度的能力而受到广泛关注[17]。在建筑热管理（BTM）中，固液相变材料（PCMs）作为更有效的热能储存和释放介质，有助于减缓室内温度波动并降低环境控制系统的能耗[[18], [19], [20], [21]]。当PCMs的相变温度在35至44°C之间且具有足够的熔化焓时，可以有效防止夏季的热量流动，从而提高热舒适度[22]。由于共晶无机水合盐具有高转变焓、优异的稳定性、可调的相变温度、低成本、不可燃性和高体积能量密度，因此它们成为建筑热管理的理想候选材料[23]。尽管共晶无机水合盐相变材料具有发展潜力，但它们常常面临过冷度过高、相分离和泄漏等挑战[24]。过高的过冷度会阻止PCMs在设定温度点释放热量，导致热量释放延迟且不稳定；相分离则会降低PCMs的循环稳定性，这些问题不利于其在建筑热管理中的进一步应用。
因此，如何降低无机水合盐PCMs的过冷度、解决其相分离现象并对其进行封装已成为研究热点。添加成核剂可以通过均匀成核和非均匀成核促进晶体形成，从而有效减轻无机水合盐相变材料的过冷程度。多孔材料因其高负载能力和广泛的应用性而在固液相变材料封装中得到广泛应用。Wang等人[25]通过将十二水合磷酸二钠与有机石蜡结合，然后吸附到膨胀石墨中，制备出了具有高形状稳定性和可靠热能储存性能的复合材料。类似地，Goitandia等人[26]采用真空浸渍法将PCMs掺入无机多孔基质中，制备出了结构更稳定的复合相变材料。多孔气凝胶因其高比表面积、低密度、阻燃性和隔热性能而受到关注[[27], [28], [29]]。这些特性使其非常适合用于建筑热管理，有助于减少通过建筑围护结构的热量损失并提高能源效率[30]。此外，气凝胶还能有效防止液相PCMs的泄漏，并增强阻燃性能。由此产生的复合材料结合了相变材料的热调节优势和气凝胶的隔热及防火性能。通过将PCMs嵌入气凝胶框架中，可以在保持高隔热性能的同时提高热储存能力，从而实现更高效的热管理。然而，作为吸附材料的气凝胶仍存在原材料成本高和机械性能较差等缺点。
最近的研究进展探索了双网络气凝胶的设计，Li等人[31]制备了基于二氧化硅的双网络气凝胶以获得更好的隔热效果，Yang等人[32]使用了多功能双网络壳聚糖复合气凝胶，Wang等人[33]开发了用于调节电磁参数和增强电磁波的双网络气凝胶。由于聚醋酸乙烯（PVA）和淀粉的优异性能，它们也被用于制备多种复合材料，Wei等人[34]使用了不同PVA含量的淀粉/（PVA）可降解秸秆，Junlapong等人[35]开发了高耐水性的木薯淀粉/聚（醋酸乙烯）薄膜，Gu等人[36]开发了用于柔性电容电子产品的淀粉/PVA/硼砂/碳水凝胶。然而，目前尚无关于淀粉/PVA双网络气凝胶的研究。
为了解决上述无机水合盐相变材料和气凝胶存在的问题，本文制备了一种基于双网络气凝胶的复合共晶相变材料（CEPCM）。该气凝胶由PVA、淀粉和EG组成。添加淀粉可以降低成本并提高气凝胶的负载率；添加EG可以提高热导率和形状稳定性。共晶相变材料（EPCM）由Na₂S₂O₃·5H₂O（STP）和CH₃COONa·3H₂O（SAT）组成。纳米TiO₂和硼砂作为复合成核剂，同时解决了过冷和相分离问题。所制备的CEPCM具有较高的相变焓、极低的过冷度、无相分离问题、无泄漏、良好的形状稳定性、优异的阻燃性能和循环稳定性。在模拟建筑环境中的优异表现凸显了其在实际热管理应用中的可行性。
图1
