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近几十年来,尤其是经过1970年代的能源危机之后,通过相变材料(PCMs)进行热能储存(TES)逐渐成为一个重要的研究领域。在相变过程中,PCMs能够储存/释放大量潜热,储能密度高,且温度基本恒定。具有实用价值的PCMs一般为固-液相变型,其价廉易得、相变焓高、相变过程中体积变化小,但如果不经过包覆而直接应用,其在热能储存过程中会发生向周围环境的泄露。此外,大多数有机PCMs具有较低的热导率和缓慢的热响应速度,并且易燃,是潜在的火灾隐患。微/纳米胶囊化相变材料可以克服固-液PCMs的诸多局限,其表面由聚合物或无机材料包覆,具有高比表面积,可以防止PCMs的泄露、增大热能储存/释放效率、并且可以承受相变过程中芯材体积的变化。其中,微胶囊化相变材料(MicroPCMs)的尺寸在1—1000μm范围,而纳米胶囊化相变材料(NanoPCMs)的尺寸通常在几十纳米到1μm范围。微/纳米胶囊化相变材料在节能建筑、智能调温织物、太阳能储存、制冷系统等许多领域具有广阔的应用前景。传统上,微／纳米胶囊化相变材料以各种有机聚合物作为壁材,有机壁材的种类丰富,具有很好的结构弹性,有利于承受PCMs使用过程中体积的反复变化,但存在释放有害气体和热导率偏低等局限。近年来,无机壁材MicroPCMs已成为PCMs领域的研究热点之一,无机壁材具有高热导率、优异的热稳定性和化学稳定性,不燃、不释放有害气体等优势,但也存在一些明显的局限性,如脆性较大、力学强度差、常常形成多孔结构等,并且关于无机壁材NanoPCMs的研究较为缺乏。有机-无机杂化材料能够结合有机材料和无机材料各自的优势,具有优异的性能,因此新型有机-无机杂化壁材微/纳米胶囊化相变材料方面的研究方兴未艾,但目前还缺少成熟的制备方法。在基于微/纳米胶囊化相变材料的储能调温复合材料方面,目前对胶囊壁材与复合材料基体之间的相容性认识还不够深入,复合材料的力学性能往往发生严重下降。因此,本论文从如下三个方面开展了NanoPCMs的制备和应用研究工作。1.通过正硅酸乙酯(TEOS)在细乳液中的界面水解-缩聚反应,制备了二氧化硅纳米胶囊化正十八烷相变材料。利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和X射线衍射(XRD)分析表征了正十八烷@Si02纳米胶囊的化学组成和结晶结构。差示扫描量热(DSC)和热重分析(TG)结果显示,所制备的纳米胶囊具有较高的储热能力和良好的热稳定性。熔融焓和包覆率分别达到109.5 J/g和51.5%。更重要的是,通过改变细乳液连续相中的水-乙醇比,获得了不同形貌和尺寸(169—563nm)的正十八烷@SiO2纳米胶囊。随着胶囊尺寸的减小,由于Gibbs-Thomson效应,纳米胶囊的相变温度向低温方向偏移。所制备的纳米胶囊具有高热导率,并且在经过500次熔融-结晶热循环后,其相变特性能够很好的保持,使其可以作为潜在的理想热能储存材料。2.在细乳液中,将乙烯基单体的自由基聚合和硅烷前驱体的溶胶-凝胶(sol-gel)反应相结合,一锅法制备了聚苯乙烯-SiO2杂化壁材包覆正十八烷纳米胶囊化相变材料(NanoPCMs)。通过FT-IR光谱和XRD分析证实了NanoPCMs的化学组成和结晶结构。SEM和TEM结果显示,NanoPCMs具有规则的碗状形貌和明确的核-壳结构。随核/壳比的增加,NanoPCMs的壁厚减小,呈现更为扁平的形貌。通过DSC和变温XRD方法考察了NanoPCMs的相变特性,研究了核／壳比和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPS)用量对NanoPCMs结晶行为的影响。TGA结果显示,与未包覆的正十八烷相比,NanoPCMs的起始热分解温度显著提高。经过1000次熔融-结晶循环试验后,NanoPCMs能够保持稳定的化学结构、形貌和相变焓,并且过冷结晶行为显著减弱,有利于热能的等温储存与释放。本研究提供了一种便捷、高效的制备有机-无机杂化壁材NanoPCMs的途径,其具有优越的热稳定性和热可靠性,在热能储存、节能建筑和智能织物等领域具有很大应用潜力。3.为提高调温复合材料的热能储存性能,并减小填料对材料形貌和力学性能的不利影响,制备了二氧化硅纳米胶囊化相变材料／硬质聚氨酯(NanoPCMs/RPU)复合泡沫材料。FT-IR光谱证实了NanoPCMs/RPU复合泡沫材料的化学组成,SEM分析结果显示NanoPCMs均匀的分散在聚氨酯基体中。利用DSC表征了复合泡沫的热能储存能力,当NanoPCMs含量为17.40 wt%时,复合泡沫的熔融焓和结晶焓分别达到17.93和18.75 J/g。通过TGA和动态热机械分析(DMTA)考察了复合泡沫的热稳定性。压缩试验结果表明,随着NanoPCMs含量的增加,复合泡沫的比强度和比模量缓慢下降。当NanoPCMs含量为17.40 wt%时,复合泡沫材料的比强度和比模量分别为纯RPU泡沫的57%和66%。此外,NanoPCMs/RPU复合泡沫的压缩性能一密度关系符合经典的Gibson-Ashby指数关系。