相变材料利用潜热的方式储存和释放大量热量,温度却几乎不变,这一特性使其能够作为储热介质解决可再生能源供求不平衡的问题。但是由于自身较低的导热系数,传统相变材料的应用范围被大大限制,比较有效的方法是将微纳尺度的高导热颗粒(碳纳米管、石墨烯、纳米银颗粒等)加入到相变材料中,得到具有优异储热性能的复合相变材料。在以往纳米复合相变材料的研究中,由于颗粒种类／形貌、测量方式、制备方法的差异,有关导热系数调控规律与机理的结论众所纷纭。为此,本文通过对比实验,重点分析了银、碳纳米颗粒的形貌、尺寸对相变材料关键热物性和储热性能的影响。结果发现,石墨烯为代表的二维纳米材料(石墨纳米片、六方氮化硼、石墨烯纳米片)具有优异的导热增强效果。当石墨烯纳米片的加载量为10wt.%时,纯二十烷的导热系数最高提升近400%,并且样品的潜热焓仍保持在220 kJ/kg以上。产生这一结果不仅因为颗粒自身的高导热,还和二维结构在相变材料中产生的更小接触热阻有关。固液相变过程往往伴随着相变材料晶体的生长与消失,晶体大小和结晶化程度皆会影响到相变材料的有效导热系数,而纳米颗粒的加入则会让导热系数的影响因素变得更为复杂。因此,本文还结合微观形貌表征、DSC测试等手段,从纳米填料掺杂、相变点温度以及凝固速率等角度,探究了复合相变材料导热系数的调控规律。结果发现,当测试温度接近相变点或者凝固速率更缓慢时,都有助于获得更高的导热系数。针对纳米复合相变材料中分散相易发生团聚沉降的缺点,同时为了在相变材料中主动构建出高效的导热通路,本文利用生物质壳聚糖作为碳源,制备出一种含氮掺杂石墨烯的碳气凝胶。碳气凝胶微纳尺度的开孔结构可以很好地吸附相变材料,得到一种基于3D骨架的定形复合相变材料。热物性测试结果显示,碳气凝胶所提供的导热通路可以显著提升相变材料的导热系数,在大约2wt.%的碳气凝胶含量下,样品导热系数相比纯十六醇提高了107.9%。同时,DSC结果显示了复合相变材料储热性能优异的可逆性,相变焓仍保持在220 kJ/kg以上。