本研究通過原位溶膠-凝膠法製備得到一種熱物性好、力學性能優良的PAAS/CA/SSD水凝膠。通過對其力學性能及熱特性進行表征，其在31.88℃時具有119.7 J/g的相變焓值，並在88.81℃下具有高達913.5 J/g的分解焓。針對現有研究對應用時水凝膠厚度、體積占有率等外形因素研究的空缺，本研究主要針對較薄水凝膠成型困難的問題，從施加外力和凝膠本身兩個角度出發，提出了平板壓製法、表麵張力改性等方法。最終通過向凝膠中添加表麵活性劑降低了凝膠的表麵張力，使其在模具表麵更具有濕潤性並且表麵活性劑的加入對材料的熱性能無明顯影響。從應用的角度出發，本研究製備的水合鹽凝膠實現了儲熱能力與力學性能的有機平衡，其適宜的相變溫度、柔性特點與超薄形態可適配人體熱管理、鋰離子電池熱管理等多場景儲熱儲冷需求，為無機水合鹽在中低溫熱能儲存領域的輕薄化應用提供新路徑，也為儲熱儲冷材料的形態設計與製備工藝優化提供實驗參考。

1 實驗材料與儀器設備

1.1 材料選擇

十水硫酸鈉(SSD)、丙烯酸鈉(AAS)、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)，以上試劑均采購於上海麥克林生化科技有限公司。硼砂、六偏磷酸鈉(SHMP)，以上試劑采購於上海阿拉丁生化科技股份有限公司。無水氯化鈣采購於上海潤捷化學試劑有限公司，海藻酸鈉(SA)采購於福晨(天津)化學試劑有限公司，去離子水為實驗室自製。杜邦FS-3100表麵活性劑采購於杜邦(中國)有限公司上海分公司。

1.2 儀器設備

使用冷場發射掃描電子顯微鏡(SEM,Hitachi SU8220，日本日立集團)觀察複合相變材料的微觀形貌。使用傅裏葉變換紅外光譜儀(FTIR，Nicolet IS50，Thermo Fisher Scientific)，多位自動進樣X射線衍射儀(XRD，X'pert Powder，PANalytical)表征複合相變材料的化學性質。采用差示掃描量熱儀(DSC,Q20,TA)對複合相變材料進行熱物性分析，測試其相變溫度和相變焓。采用熱常數分析儀(TPS 2500，瑞典Hot Disk公司)通過瞬態平麵熱源法測試複合相變材料的熱導率。使用萬能試驗機(AG-IC50Kn，島津儀器有限公司)來測定水合鹽凝膠材料的拉伸和壓縮性能。通過高低溫箱(JD-8001B-150L，東莞捷東儀器有限公司)進行過冷度測試，K型熱電偶采集溫度數據。采用數碼相機對樣品進行接觸角測試，探究其表麵潤濕性。

2 PAAS/CA/SSD雙網絡水凝膠的表麵張力調控研究

2.1 表麵張力調控實驗

按上述方法製備得到水凝膠溶液，但是更改其模具厚度，製備1 mm厚度的水合鹽凝膠。在最後一步添加引發劑時分別加入質量分數為1‰~5‰的表麵活性劑，並通過平板壓製法製備。

2.2 表麵潤濕性與鋪展成型性能

由圖1(a)可以看出僅通過平板壓製的方法製備得到1 mm的水合鹽凝膠存在許多的孔洞，嚴重影響水合鹽凝膠性能。本研究對表麵活性劑的選擇綜合考量了高鹽電解質耐受性、界麵調控效率及結構兼容性。首先，針對SSD高濃度環境引發的“鹽析”風險，選用非離子型體係以確保其在飽和鹽溶液中的化學穩定性；其次，鑒於1 mm超薄規格下流體受到的重力不足以克服其內部高內聚力的工藝挑戰，利用杜邦FS-3100極致的表麵張力降低能力，僅需質量分數1‰的極低添加量即可高效降低表麵張力，使前驅液能自發鋪展實現均勻成膜。由於該活性劑在極低劑量下即可發揮高效調控作用，其微小的質量占比幾乎不擠占體係中核心相變材料的物理空間，從成分占比上保證了材料的潛熱儲能密度不受損失，實現了工藝改性與熱性能維持的完美協同。

圖1  (a) 未加表麵活性劑的樣品實物圖；(b) 添加1‰表麵活性劑用樣品實物圖；(c) 未添加表麵活性劑凝膠接觸角; (d) 添加1‰表麵活性劑凝膠接觸角

杜邦FS-3100屬於非離子型氟碳表麵活性劑，其活性組分為部分氟化醇取代的乙二醇，化學全稱為聚氧乙烯單(3, 3, 4, 4, 5, 5-七氟己基)醚。該活性劑分子由具有極低表麵能的短鏈(C6)全氟烷基疏水端(Rf)與聚氧乙烯親水尾組成。其作用機理體現在界麵熱力學的定向調控：FS-3100分子能自發向氣-液界麵遷移，親水端通過氫鍵或極性作用與凝膠前驅液中的水分子及鹽離子結合，而極疏水的氟碳短鏈則朝向空氣相或模具界麵定向排列。這種有序排列取代了表麵原本具有高內聚力的水分子簇，將界麵分子間的強極性吸引轉變為氟碳鏈間極弱的範德華力。這種界麵能級躍遷不僅使觸角從111.1°銳減至42.2°(圖1)，還通過顯著增大鋪展係數，使體係由“不潤濕”轉變為“自發鋪展”，從而徹底消除了超薄模具製備過程中的孔洞缺陷。

為驗證上述機理，本研究首先嚐試對添加表麵活性劑前後的水凝膠進行表麵張力測試。由於水凝膠黏度較高，且需在特定溫度條件下測量，常規方法難以直接適用。因此，實驗前期曾嚐試通過自主搭建的接觸角測量平台，間接觀察表麵張力的變化趨勢。然而，為實現更精確、直接的表麵張力數據，最終采用芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量小黄片下载安装進行係統測量。

利用Delta-8小黄片下载安装，分別在相同溫度條件下對PA-10樣品及添加1‰表麵活性劑後的樣品進行了表麵張力測定。結果表明，加入表麵活性劑後，水凝膠的表麵張力從 72.5±0.8mN/m顯著下降至 42.3±0.6mN/m。該結果直接證實表麵活性劑有效降低了水凝膠的表麵張力，從而改善其在固體基底上的潤濕性能，使其能夠在1 mm淺槽模具中均勻鋪展。前期接觸角測試結果（圖1(c)、(d)）同樣顯示，加入表麵活性劑後水凝膠在矽膠表麵的接觸角由111.1°降至42.2°，與表麵張力數據趨勢一致，進一步支持上述結論。