Bio-inspired multifunctional composite phase change films for synergistic thermal management and microwave absorption

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作者
Linghan Bai,Shijiao Zhang,Zhibiao Ma,Lvye Dou,Jianqiang Li
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (5): 94908229-94908229
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94908229
摘要

Wearable electronics devices face dual challenges of thermal failure and electromagnetic interference (EMI). While phase change materials (PCMs) offer efficient thermal management material, their inherent limitations-low thermal conductivity, rigidity, and limited electromagnetic loss hinder practical applications. Flexible composite PCMs (FCPCMs) with multifunctional integration present a promising solution. Herein, mimicking the lamellar “brick-and-mortar” architecture of natural nacre, a flexible phase-change composite film featuring a multi-dimensional hierarchical encapsulation structure is ingeniously engineered for synchronous thermal management and microwave absorption. This bioinspired design incorporates polyethylene glycol (PEG) within a robust scaffold of one-dimensional (1D) aramid nanofibers (ANFs), zero-dimensional (0D) nanodiamonds (NDs), and two-dimensional (2D) single-layer graphene (SG), bonded by waterborne polyurethane (WPU). The resulting nacre-mimetic, multi-dimensional architecture ensures exceptional encapsulation of PEG, effectively suppressing leakage while maintaining high phase-change cycling stability (>300 cycles). The optimized composite achieves synergistic performance: enhances thermal conductivity (1.13 W/(m·K)) strong microwave absorption performance (-41.36 dB), high phase-change enthalpy (104 J/g) and mechanical performance (tensile strength: 15.10 MPa). This work provides a platform for next-generation smart thermal-regulation systems and anti-interference electronics.
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