传统能源材料在能量转换与存储领域长期面临功能单一、转换效率低下的技术瓶颈，难以满足现代社会对高效、可持续能源系统的迫切需求。相变材料因其独特的相变潜热特性与多物理场耦合能力，为解决上述问题提供了新思路。其在相变过程中可高效吸收、释放大量能量，同时维持温度稳定，从而显著提升能源系统的能量密度与转换效率。通过复合设计与结构调控，相变材料能实现多功能协同转换，为工业余热回收、智能电子设备热管理、绿色建筑、人体热疗等领域带来革命性变革。因此深入研究相变材料多重能量转换方式、机理与应用，不仅对推动能源材料的高效化与多功能化具有重要科学价值，更为实现“双碳”目标下的能源结构转型提供了关键技术支撑。

1. 技术创新：本研究开发了一种具有双向层状结构的碳化聚酰亚胺纤维/凯夫拉纤维/氧化石墨/ZIF-67复合气凝胶，并将其与石蜡相变材料整合，成功开发出一种具备“五合一”多重能量转换和电磁屏蔽功效的相变复合材料，可应用于磁热、电热、光热及热电能量转换，同时具备电磁屏蔽功能。

2. 性能飞跃：利用高温碳化技术获得了具有双向多孔结构和强韧骨架的碳化气凝胶，并使该气凝胶骨架上的氧化石墨烯和ZIF-67转化为高导热导电的还原氧化石墨烯和具有超顺磁性的钴氮掺杂碳化物，增强了气凝胶的光子和电子传输能力，提升了其太阳光热转换效率，并赋予其磁性能；通过将其与相变材料的复合，使体系具备了优异的磁热、电热、光热及热电能量转换和储存功能，并对电磁波产生有效的屏蔽，其在X波段的电磁屏蔽效能高达66.2 dB。

3. 应用前景广阔：本研究不仅在多功能相变储能复合功能材料领域取得了显著成果，还为其他基于相变材料的多重能量转换与存储材料的设计开发提供了新的灵感。本研究所开发的新型储能材料在高效太阳能利用、可持续化电力生产、室外除冰、人体热疗、电子器件热管理等应用领域展现出巨大潜力，有望在未来新能源技术中发挥关键作用。

内容简介

针对传统能量转换体系中存在的转换形式单一的缺陷，并为提高体系转换路径和效率，北京化工大学材料科学与工程学院汪晓东教授/刘欢副教授团队报导了创新地采用碳化聚酰亚胺/凯夫拉纤维/氧化石墨烯@ZIF-67复合气凝胶(C/RGO@CoNC气凝胶)作为支撑骨架，结合石蜡相变材料，构建出具有太阳能-热能、热电、电热、磁热转换和电磁屏蔽功能“五合一”功能的相变复合材料。所开发的相变复合材料的太阳能-热转换效率达到95.1%，电导率达到232.8 S m⁻¹，潜热容量高达209.2 J g⁻¹，饱和磁化率达到18.61 emu g⁻¹。该相变复合材料不仅具有优异的太阳能-热能、热电、电热和磁热能量转换性能，而且其在X波段的电磁干扰屏蔽效果高达66.2 dB；同时该工作也详细分析了实现多重能量转换能力的和电磁屏蔽的机制。这种“碳质气凝胶+相变材料”设计的巧妙独特之处在于它实现了多种能量转换路径的优化和电磁屏蔽性能的协同提升。该团队所开发的多功能相变复合材料为清洁能源储存和高效能源利用提供了新的解决方案，多能性的设计不仅推动了先进功能材料的研究，还为相关领域的技术创新和可持续发展提供了重要借鉴。

总结

本研究成功开发了一种基于碳化PI复合气凝胶/石蜡相变复合材料的多功能体系，可协同实现光热、热电、电热、磁热多能转换/存储及电磁屏蔽功能。该复合材料以C/RGO@CoNC气凝胶为支撑骨架、石蜡为相变材料构筑而成。其中，C/RGO@CoNC气凝胶由PI/KNF/GO@ZIF-67复合气凝胶经高温碳化制得，具有独特的双向层状多孔结构，兼具高孔隙率与超轻特性。气凝胶骨架中的RGO与CoNC显著提升了复合材料的热导率、光吸收率、导电性及磁性能。得益于这些特性，该复合材料展现出95.1%的光热转换效率、超过110°的水接触角、232.8 S/m的导电率、18.61 emu/g的饱和磁化强度以及X波段66.2 dB的电磁屏蔽效能。通过引入石蜡，复合材料获得了高达209.2 J/g的潜热容量，增强了其实际应用中的热能存储能力。因此，该材料可集成应用于光热、电热、磁热多能转换及电磁屏蔽领域，如太阳能收集与利用、除冰、人体热疗等场景。基于该复合材料构建的热电系统可实现最高426.7 mV输出电压与40.6 mA输出电流，表现出高效热电转换性能。此外，其优异的电磁屏蔽效能可有效防止电子设备的电磁污染。本研究通过巧妙整合多能转换/存储功能与电磁屏蔽性能，为开发具有跨领域应用潜力的先进功能材料提供了创新思路。