隨著全球經(jīng)濟(jì)體量的快速增長(zhǎng)，人類對(duì)能源的需求也在不斷上升。然而，不可再生能源的使用對(duì)環(huán)境造成了不可逆轉(zhuǎn)的影響，能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，近年來(lái)，如何有效提高能源利用率的問(wèn)題引起了廣泛的關(guān)注。其中，新型儲(chǔ)能材料是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

相變材料（PCMs）具備卓越的儲(chǔ)熱能力，其在相變過(guò)程中能夠有效地吸收和釋放大量能量。這使得它們?cè)诒姸囝I(lǐng)域具有極重要的應(yīng)用價(jià)值，包括優(yōu)化光伏系統(tǒng)熱控制，增強(qiáng)超級(jí)電容器、電池和電子器件中的能量存儲(chǔ)等。此外，在建筑物和醫(yī)療領(lǐng)域，相變材料還具有溫度調(diào)節(jié)的潛力。同時(shí)，相變材料還可以用于溫度調(diào)節(jié)織物的制備，并且能在干燥、海水淡化和制熱等多種技術(shù)工藝中有效利用剩余和可再生熱能。

然而，相變材料具有低導(dǎo)熱性、容易泄漏和腐蝕等局限性。為了克服這些挑戰(zhàn)，可以將相變材料封裝到微封裝相變材料（MEPCM）膠囊/纖維中。這種封裝可以防止相變材料的泄漏和腐蝕。此外，微膠囊/纖維可以作為傳熱導(dǎo)管，實(shí)現(xiàn)相變材料與周圍環(huán)境之間的有效熱量交換。近年來(lái)，基于微流控的MEPCM由于具有對(duì)流體狀態(tài)和微膠囊尺寸的精細(xì)控制能力，在過(guò)去的十幾年中引起了人們的廣泛關(guān)注。

MEPCM膠囊/纖維的發(fā)展歷程

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，深圳大學(xué)、寧波諾丁漢大學(xué)以及澳大利亞伍倫貢大學(xué)（University of Wollongong）的研究人員在Advanced Science期刊上發(fā)表了題為“Phase Change Materials Meet Microfluidic Encapsulation”的綜述性論文，概述了基于微流控的相變材料封裝技術(shù)的研究進(jìn)展。作者首先闡述了利用微流控技術(shù)制備MEPCM膠囊/纖維的原理和方法，并對(duì)制備獲得的MEPCM膠囊/纖維的熱特性和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。隨后，作者總結(jié)了MEPCM膠囊/纖維在建筑節(jié)能、紡織、軍用航空、太陽(yáng)能利用以及生物工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。最后，作者對(duì)MEPCM膠囊/纖維的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

基于微流控的相變材料的制備和應(yīng)用概述

利用管狀微流控裝置進(jìn)行MEPCM微膠囊的制備

利用同軸微流控裝置進(jìn)行MEPCM纖維的制備

負(fù)載二氧化鈦（TiO2）的MEPCM膠囊的光催化活性

利用相變材料為深靜脈血栓治療提供局部熱療

如上所述，微流控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)封裝工藝的精確控制，從而產(chǎn)生具有所需性能的均一且結(jié)構(gòu)和成分明確的微膠囊。然而，MEPCM膠囊/纖維的設(shè)計(jì)優(yōu)化仍有一些挑戰(zhàn)需要解決，包括調(diào)研用于MEPCM膠囊/纖維內(nèi)核制備的新材料，開(kāi)發(fā)新的微流控芯片，擴(kuò)大商業(yè)化生產(chǎn)，以及探索這些微膠囊的新應(yīng)用。

（1）研究用于MEPCM膠囊/纖維內(nèi)核制備的新材料：使用微流控控制技術(shù)生產(chǎn)的大多數(shù)MEPCM膠囊/纖維通常需要在室溫下制備。這一要求限制了用于MEPCM膠囊/纖維內(nèi)核制備的相變材料的選擇，因?yàn)槠湓谑覝叵卤仨毘室簯B(tài)。因此，目前可供選擇的MEPCM膠囊/纖維內(nèi)核制備材料相對(duì)有限。不過(guò)，通過(guò)在封裝過(guò)程中控制工作溫度，用于MEPCM膠囊/纖維內(nèi)核制備的相變材料在未來(lái)的發(fā)展中具有令人振奮的潛力。

（2）用于MEPCM膠囊/纖維制備的新型微流控芯片的開(kāi)發(fā)：目前，用于MEPCM膠囊/纖維制備的微流控芯片由于對(duì)精密制造技術(shù)和專用材料的需求，以及其多層結(jié)構(gòu)和組件集成化的趨勢(shì)等原因，導(dǎo)致其復(fù)雜性和成本不斷增加。因此，探索更簡(jiǎn)單和更具成本效益的新型芯片設(shè)計(jì)至關(guān)重要。一種有前景的替代方法是使用模塊化微流控來(lái)生產(chǎn)MEPCM膠囊/纖維。使用模塊化微流控系統(tǒng)的一個(gè)主要好處是其在芯片組裝上的簡(jiǎn)易性。此外，模塊化微流控系統(tǒng)具有可重復(fù)使用性，可以很容易地拆卸和清潔，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多種用途，而無(wú)需頻繁更換。這不僅降低了與芯片材料相關(guān)的成本，而且最大限度地減少了廢棄物的產(chǎn)生。

（3）將生產(chǎn)過(guò)程從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)大到商業(yè)化規(guī)模：目前，基于微流控控制技術(shù)的MEPCM膠囊/纖維生產(chǎn)主要局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，因此很難大量生產(chǎn)MEPCM膠囊/纖維。其中一種有希望擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的方法是利用具有并行幾何結(jié)構(gòu)的微流控芯片。微流控芯片的并行幾何結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)微膠囊的并行化生產(chǎn)，從而提高了生產(chǎn)速度和效率。此外，通過(guò)設(shè)計(jì)具有并行通道或隔室的芯片，可以并行處理多個(gè)樣品，從而提高樣品處理通量。

（4）開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用：如上所述，MEPCM膠囊/纖維的應(yīng)用不局限于建筑、紡織、太陽(yáng)能利用和軍事航空等領(lǐng)域。通過(guò)添加納米材料，其還可以作為具有催化和儲(chǔ)能功能的多功能材料。此外，MEPCM膠囊/纖維可以將相變材料的儲(chǔ)熱能力與添加的納米材料的其他功能特性結(jié)合起來(lái)。例如，通過(guò)添加具有良好導(dǎo)電性的納米材料，如金屬納米顆?；?qū)щ娋酆衔?，可以賦予MEPCM膠囊/纖維導(dǎo)電功能；通過(guò)添加具有傳感特性的納米材料，如磁性納米顆粒或光敏納米顆粒，相變微膠囊可以響應(yīng)外界刺激，并用于制備可控釋放系統(tǒng)或智能傳感器；通過(guò)添加具有熒光特性的納米材料，如量子點(diǎn)或熒光染料，相變微膠囊可用于標(biāo)記和跟蹤應(yīng)用，如生物醫(yī)學(xué)成像和生物傳感。

審核編輯：劉清