2.3 微觀形貌結構分析

通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PAAS/CA/SSD水凝膠的圖像，本研究從微觀層面探討了雙網絡水凝膠對SSD的包覆效果。圖2(a)~(c)是PA-10水凝膠的SEM圖像，可以明顯地看出聚丙烯酸鈉和海藻酸鈣構成的多孔網絡結構。并且可以看到SSD晶體被嵌在了網絡交聯形成的孔隙中，而且孔隙規則，穩定。圖2(d)~(f)展示的是Pure SSD的SEM圖像，可以明顯地看出，顯示出的是單一的晶體結構，粒子形狀規則，邊界清晰，表面相對平滑。晶體的形狀為規則的多面體，這是典型的無機晶體結晶行為的體現。圖2(g)~(i)是加了1‰表面活性劑后的SEM圖像，水凝膠的微觀結構變得疏松和不規則。孔隙增大，且孔隙之間的連通性顯著提高，表面結構出現了明顯的網狀特征。因為表面活性劑分子在凝膠網絡中的分布可能會干擾PAAS和CA鏈段之間的物理交聯點，或者改變水合鹽晶體在網絡中的成核均勻性，結構的整體連續性和穩定性下降，從而導致宏觀拉伸強度的回落。

圖2 不同材料的SEM圖像：(a)~(c) PA-10的SEM圖像；(d)~(f) Pure SSD的SEM圖像；(g)~(i) PA-10加1‰表面活性劑后的SEM圖像

2.4 表面活性劑對拉伸性能和相變特性的影響

1 mm低厚度規格是水合鹽凝膠達成高效熱響應特性與拓寬應用場景的核心形態需求，而凝膠體系固有的高表面張力特性，則是限制其成型精度、力學性能穩定性的關鍵限制性因素。圖3清晰呈現了在1 mm厚度條件下，表面活性劑添加對水凝膠性能的顯著優化效果：未添加表面活性劑時，凝膠液體因表面張力過大(硅膠模具表面接觸角達111.1°)，在1 mm淺槽模具中難以均勻鋪展，僅通過平板壓制法制備的樣品存在大量貫穿性孔洞，網絡結構完整性遭到嚴重破壞，其拉伸強度不足0.04 MPa，斷裂伸長率處于極低水平，無法滿足實際應用對結構穩定性的基本要求。

圖3 表面存在孔洞和加入不同質量分數表面活性劑的1 mm水凝膠樣品拉伸性能測試

隨著表面活性劑添加質量分數從1‰增至5‰，凝膠表面張力得到有效調控(接觸角最低降至42.2°)，1 mm厚度下的鋪展性顯著改善，孔洞缺陷大幅減少，材料結構均勻性明顯提升，對應的拉伸性能呈現出規律性優化特征。其中，1‰的表面活性劑添加量展現出最優效果，該條件下1 mm厚水凝膠的拉伸強度與斷裂伸長率均達到峰值，相較于未添加表面活性劑的孔洞樣品實現了質的飛躍，充分證明表面活性劑能夠改善凝膠在模具表面的潤濕與鋪展行為，有效解決了1 mm超薄厚度下的成形難題，同時顯著提升了材料的力學性能穩定性。

為進一步評估表面活性劑對材料儲熱性能的影響，對添加1‰表面活性劑前后的樣品進行了DSC測試。如圖4所示，兩組樣品的DSC曲線基本吻合。在相變焓值方面，未添加與添加表面活性劑的樣品分別為119.7 J/g與121.1 J/g；分解焓值分別為913.5 J/g與946.4 J/g，差異均在實驗誤差范圍內。結果表明，表面活性劑的引入未顯著改變SSD的化學結構與相變行為，材料的儲熱能力與熱穩定性得以保持。

圖4 添加1‰表面活性劑前后材料的DSC升溫曲線圖

3 結 論

本研究以儲熱儲冷領域不同應用場景對超薄柔性相變材料的開發需求為導向，針對SSD基相變材料的性能缺陷及超薄水凝膠的成型工藝難題，開展了SSD基雙網絡水合鹽凝膠的制備、性能調控及超薄成型關鍵技術研究，旨在為儲熱儲冷材料的輕薄化開發、裝置微型化設計及系統運行優化提供實驗依據和技術支撐，所得主要結論如下。

本研究成功制備了一種基于SSD的雙網絡水合鹽凝膠，為改善水凝膠在低厚度條件下的鋪展性能，通過引入表面活性劑有效調控其表面張力；在加入質量分數為1‰表面活性劑后，水凝膠溶液在硅膠模具表面的接觸角由111.1°顯著降低至42.2°，證實其在模具表面潤濕性得到明顯改善，為制備均勻低厚度水凝膠提供了可行路徑。結構表征與性能測試進一步表明，表面活性劑的加入雖使雙網絡結構略有松散，導致拉伸強度一定程度下降，但與常規壓制工藝所獲樣品相比，其力學性能仍具顯著優勢。此外，DSC測試結果顯示，添加表面活性劑后材料的相變焓與分解焓均未發生顯著變化，說明其熱性能保持穩定，未受表面活性劑的改性影響。

本研究制備的SSD基超薄雙網絡水合鹽凝膠，適配人體熱管理、鋰離子電池熱管理及熱失控防護等多場景的儲能需求，為無機水合鹽中低溫儲熱儲冷材料的輕薄化開發提供了新的技術路徑。同時，本研究在相變材料配方優化、過冷度定量調控、超薄成型表面張力調控等方面取得的研究進展，也為儲熱儲冷裝置的微型化、柔性化設計及系統運行優化提供了重要的實驗依據和技術參考，對推動中低溫儲熱儲冷技術的工程化應用具有重要的實踐意義。