随着工业化步伐进一步加快与人口数量不断增长,能源危机与环境污染问题日益突出。有机相变材料(PCMs)是一种非常具有应用前景的热能存储材料,在缓解能源危机与减少环境污染等方面已经取得了一定的成绩。但是,导热性能较差、相变时易泄漏等问题很大程度上限制了它的进一步应用。目前已报道的策略是将有机相变材料嵌入到聚丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯以及生物大分子等聚合物基的支撑框架结构之中,并添加适当的具有高导热性能的填料,制成定形相变材料(FSPCMs),但是它们的热能存储密度、温度响应速率以及使用寿命仍有待进一步提高。因此,本论文以制备存储容量高且经久耐用的定形相变材料为出发点,基于聚合物基支撑材料在定形相变材料中所承担的作用,运用分子结构设计,构建了一系列与有机相变材料具有相似分子链段结构的梳形聚降冰片烯(comb-like polynorbornenes)以及含双酚醚基团的功能聚乙烯,阐明了有机相变材料与梳形聚降冰片烯之间的分子相互作用方式以及定形作用机理;并研究了聚合物基支撑材料结构以及导热填料与定形相变材料储热性能的关系,丰富了聚合物基支撑材料的种类。主要研究内容与成果如下:1、含直链烷基侧链的梳形聚降冰片烯的制备及表征:采用开环易位聚合(ROMP)合成了六种具有不同长度直链烷基侧链的梳形聚降冰片烯PNb(m)Cs(m=10,12,14,16,18,20,分别代表直链烷基侧链中亚甲基的数目)。采用1H NMR与13C NMR对单体Nb(m)Cs与PNb(m)Cs的分子结构进行了确认,并对PNb(m)Cs的分子量与分子量分布进行了测试。TGA结果表明:PNb(m)Cs具有较好的热稳定性且存在两个热分解过程。DSC结果表明:PNb(m)Cs的相转变行为主要取决于直链烷基侧链的长度。当m≥16时,PNb(m)Cs不仅在153℃附近有一个吸热峰,而且直链烷基侧链也开始出现了熔融结晶现象。2、有直链烷基侧链的梳形聚降冰片烯增强的复合定形相变材料的制备与性能研究:选取PNb(m)Cs(m=16,18,20)与十八胺功能化石墨烯(GNS-ODA)作为支撑框架结构,石蜡(paraffin)作为储热介质,通过溶剂共混法制备了一系列新的定形相变材料。PNb(m)Cs增强了定形相变材料的柔韧性,而GNS-ODA赋予材料优异的导热性能与结构稳定性。研究发现:石蜡被紧紧地包裹在PNb(m)Cs与GNS-ODA形成的三维网络框架结构之中,即使当操作温度高于石蜡熔点时,也无泄漏发生,而且具有优异的循环耐久性。此外,这些定形相变材料还能以较快的速率进行热能的存储或释放,故在热量管理领域也有潜在的应用价值。尤其是,PNb(m)Cs成功抑制了石蜡熔融时的泄漏问题,不仅为设计定形相变材料提供了一种新的思路,而且拓宽了梳形聚合物的使用范围。3、含支链烷基侧链的梳形聚降冰片烯与MoS2纳米微球复合相变材料的制备与性能研究:采用开环易位聚合(ROMP)合成了一种有支链烷基侧链的梳形聚降冰片烯PNb(10,12)C(10与12分别代表两条烷基支链中亚甲基的数目)。再将PNb(10,12)C与十八醇(OCC)进行复合,并添加3D flower-like MoS2纳米微球来改善复合相变材料的导热性能并进一步增强形状保持能力。研究表明:OCC被牢固地锁定在PNb(10,12)C与3D flower-like MoS2纳米微球形成的支撑框架结构之中,赋予了复合相变材料较好的形状保持能力与热稳定性。另外,复合相变材料经过200次热循环测试后依然具有较高的热能存储密度与优异的结构稳定性。当复合相变材料中3D flower-like MoS2纳米微球掺入量达到5%时,表现出较快的传热速率与瞬时温度响应行为,因此,在热量管理领域也具有较好的应用前景。4、主链上嵌有双酚醚基团的功能聚乙烯的制备及表征:采用非环二烯易位聚合(ADMET)与加氢反应合成了一系列主链上含有精准分布的双酚醚基团的功能聚乙烯,且相邻两个双酚醚基团之间间隔的亚甲基数分别为6,10与20。采用1H NMR与13C NMR对单体与聚合物的分子结构进行确认,聚合物的热稳定性则由TGA进行表征。DSC测试发现:功能聚乙烯的熔融与结晶行为不仅取决于分子链段的规整性,还取决于主链上双酚醚基团的数目。因此,只有相邻两个双酚醚基团之间间隔的亚甲基数达到20的聚合物3(HPM3)表现出熔融吸热峰,而聚合物1(HPM1)与聚合物2(HPM2)则完全是无定形聚合物。同时发现,将单体与顺-环辛烯(COE)进行开环插入易位聚合(ROIMP)后,不仅破坏了原先分子链段的规整性,而且减少了双酚醚基团在主链上的数目,导致DSC曲线上出现了一个宽而弱的熔融吸热峰。本论文为设计、合成定形相变材料提供了一种新的思路,揭示了其中聚合物基支撑材料结构与有机相变材料在热能存储与释放过程中的作用机理,丰富了聚合物基支撑材料的种类,开辟了梳形聚合物应用的新方向。本研究成果有望为新的一类能量储能密度高、循环耐久性好、导热性能优异的定形相变材料的开发与应用提供借鉴。