为了获得多重响应性储能材料，将相变材料(PCM)和纤维素纳米纤维(CNFs)进行超声处理，制备了具有机械性能可调控的光热可复写PCM/CNF-IR 780储能纳米纸。引入微量近红外染料(IR 780)赋予纳米纸光热效应，从而可以通过控制激光曝照的时间和位置来调节局部透明度，形成可重复使用的光热书写纸。

图1  PCM@CNF储能纳米纸制备机理图：（a）两亲性纤维素纳米纤维用于稳定烷烃相变材料；（b）储能纳米纸透明度随环境温度发生变化；（c）储能纳米纸在拉伸过程中的结构变化

  近日，西北工业大学张秋禹课题组将烷烃类相变材料（PCM）嵌入到纤维素纳米纤维（CNF）基体中，制备出PCM@CNF储能纳米纸并开展性能研究。该过程从简单的CNF-水-PCM体系开始，基于纳米纤维素的两亲性，在超声波作用下，形成稳定的Pickering乳液，浇铸成膜后，得到可循环使用的储能纳米纸（图1）。当纳米纸厚度为50μm时，光学透过率可随温度变化从0%可逆切换到46%。如图2所示，借助于纳米沉淀法，引入微量近红外光热染料（IR780），赋予纳米纸光热响应性，用于调节激光照射下纳米纸的局部透明度，从而实现光写和可复写效果。

  进一步，在相变材料与钙离子诱导的孔隙结构协同作用下，储能纳米复合纸表现出优异的力学调控能力，拉伸强度从267MPa至45MPa，杨氏模量从8.9GPa至0.6GPa，断裂伸长率从9.0%至52.5%灵活可控。另外，纳米纸的模量、延伸率和透明度等可根据所包覆相变材料熔点进行设计（图3）。

图3  PCM@CNF 储能纳米纸的力学拉伸性能

  该工作利用生物质材料纳米纤维素稳定芯材，并引入光热染料，使相变材料具有光和热双重触发机制。相变材料和纳米纤维的结合不仅保证了相变材料在循环使用过程中不发生泄露，而且利用固-液相转变过程中迁移率和光学性能的变化，提供纳米纸自适应特性。通过控制激光曝照的时间和位置，可以调节储能纳米纸局部透明度，形成可重复使用的光写介质。此外，PCM/CNF储能纳米纸表现出从刚性到柔性的优异机械调节性能，极大地丰富了其在节能智能显示领域的应用。

  该工作以“An Opto- and Thermal-Rewrite PCM/CNF-IR 780 Energy Storage Nanopaper with Mechanical Regulated Performance”为题发表在《Small》上。文章第一作者是西北工业大学博士生刘锦，通讯作者是西北工业大学张秋禹教授，联合完成单位包括弗莱堡大学和西安航天动力研究所。该研究得到国家留学基金委的支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202200688