相变材料（PCMs）因其可逆相变和高储热容量，在储能、电子器件热管理和生物医药等领域具有广泛应用前景。然而，水合盐类相变凝胶在高力学强度和高储热性能之间往往存在“鱼与熊掌不可兼得”的难题：盐离子会破坏聚合物网络的交联结构，导致力学性能下降。

  近日，华南理工大学化学与化工学院凌子夜研究员团队受到传统黄瓜腌制工艺的启发，提出了一种新颖的离子渗透策略，成功制备出同时拥有创纪录力学强度（杨氏模量高达2.12 GPa）和高熔融焓（210 kJ·kg?1）的刺激响应相变凝胶（PCGs）。该成果以“Enhanced stimuli-responsive phase change gels through pickling-enabled ion permeation”为题，发表在《Materials Horizons》上（Mater. Horiz. 2025, 12, 6133–6142），并被选为封面论文（图 1）。华南理工大学硕士生余佩敏和香港城市大学博士王雄为共同第一作者，华南理工大学凌子夜研究员、方晓明研究员和香港城市大学Steven Wang研究员为共同通讯作者。

图1 论文封面

生物仿生灵感：从“爽脆腌黄瓜”到高强度水合盐相变凝胶

  受到黄瓜腌制了以后口感增韧的现象启发，该团队对水凝胶用水合盐相变材料进行“腌制”，使其高分子结构致密化增强，最终形成兼具高力学强度与高储热能力的水合盐相变凝胶体系（图 2）。

图2 腌制黄瓜启发的离子渗透法制备高强度高焓值水合盐相变凝胶

突破性能瓶颈：刚柔可控 & 高效储热

  如图 3所示，材料可在软态（过冷）与硬态（结晶）间实现快速可逆切换，刚柔转化比高达380倍，同时释放出大量热量。

  力学性能：杨氏模量高达2.12 GPa，拉伸强度达8.79 MPa，远超现有水合盐类相变凝胶。

  热性能：熔融焓达210 kJ·kg?1，过冷度高达70 ℃，可在?10 ℃下稳定维持过冷状态，并在触发后瞬时升温 40 ℃以上。

图3 相变凝胶的可控放热和柔刚性转换

多场景应用潜力

主动除冰：在?10 ℃ 环境下，仅需机械触发，即可在 10 秒内释放潜热，快速融化冰层并使冰滴自动脱落（图 4）。

可穿戴热管理：触发结晶后，可为皮肤供暖超过20分钟，且热释放后硬化，可作为关节支撑材料（图 5）。

图4 相变凝胶除冰应用

图5 相变凝胶人体热管理应用

意义与展望

  这一研究不仅打破了水合盐相变凝胶在力学性能与储热性能之间的传统制约，还提供了一种简便、低成本、可规模化的制备途径，为能源存储、智能除冰、可穿戴设备和软体机器人等领域开辟了新思路。

  原文信息

  P. Yu, X. Wang, Z. Ling, Z. Zhang, S. Wang and X. Fang, Mater. Horiz., 2025, 12, 6133–6142.

  DOI: 10.1039/d5mh00597c

  https://doi.org/10.1039/d5mh00597c