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液態金屬助力聚氨酯實現高效、低應力彈熱制冷

文章來源：環球聚氨酯網更新時間：2025-05-30 14:31:53

北京科技大學張虎教授的研究團隊聯合俄羅斯車里雅賓斯克國立大學、蘭州交通大學、三橋惠(佛山)新材料有限公司將低熔點、高導熱的GaInSn液態金屬（LM）引入聚氨酯（TPU），獲得了具有高導熱及高彈熱性能的TPU@LM形狀記憶聚合物復合材料。TPU@LM 的導熱率相比純TPU最大提升了164%，實現了熱傳導能力的躍升。性能表現方面，TPU@LM在彈熱效制冷應用中展現出出色的性能。實驗表明，在僅有約5 MPa的應力驅動下，其最大溫度變化（ΔT）可達8.7 K，較純 TPU 提高約30%；在卸載階段ΔT同樣顯著增強，提升幅度為22%。同時，TPU@LM的比溫度變化（ΔT/σ）高達1.39 K·MPa-1，是形狀記憶合金平均值的35倍，充分展示出其在低應力驅動下的熱效應優勢。

該研究為形狀記憶聚合物類材料性能的優化提供了全新路徑。TPU@LM復合材料在導熱性、彈熱效應等方面表現突出，展現出其在固態彈熱制冷領域的巨大應用潛力，有望為推動可持續發展提供關鍵技術支撐。

相關研究工作以“High-Performance Elastocaloric Refrigeration via Liquid Metal-Enhanced Polyurethane”為題發表在Advanced Functional Materials上。

圖1 TPU@LM復合材料的制備及微觀結構。

圖2 純TPU與TPU@LM的熱性能比較。

圖3 純TPU與TPU@LM的彈熱性能對比。

圖4 純TPU與TPU@LM的彈熱性能循環性能對比。

圖5 純TPU與TPU@LM的不同頻率下的彈熱性能對比和TPU@LM與形狀記憶合金的比溫度變化（ΔT/σ）對比。

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