本研究通过原位溶胶-凝胶法制备得到一种热物性好、力学性能优良的PAAS/CA/SSD水凝胶。通过对其力学性能及热特性进行表征，其在31.88℃时具有119.7 J/g的相变焓值，并在88.81℃下具有高达913.5 J/g的分解焓。针对现有研究对应用时水凝胶厚度、体积占有率等外形因素研究的空缺，本研究主要针对较薄水凝胶成型困难的问题，从施加外力和凝胶本身两个角度出发，提出了平板压制法、表面张力改性等方法。最终通过向凝胶中添加表面活性剂降低了凝胶的表面张力，使其在模具表面更具有湿润性并且表面活性剂的加入对材料的热性能无明显影响。从应用的角度出发，本研究制备的水合盐凝胶实现了储热能力与力学性能的有机平衡，其适宜的相变温度、柔性特点与超薄形态可适配人体热管理、锂离子电池热管理等多场景储热储冷需求，为无机水合盐在中低温热能储存领域的轻薄化应用提供新路径，也为储热储冷材料的形态设计与制备工艺优化提供实验参考。

1 实验材料与仪器设备

1.1 材料选择

十水硫酸钠(SSD)、丙烯酸钠(AAS)、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，以上试剂均采购于上海麦克林生化科技有限公司。硼砂、六偏磷酸钠(SHMP)，以上试剂采购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。无水氯化钙采购于上海润捷化学试剂有限公司，海藻酸钠(SA)采购于福晨(天津)化学试剂有限公司，去离子水为实验室自制。杜邦FS-3100表面活性剂采购于杜邦(中国)有限公司上海分公司。

1.2 仪器设备

使用冷场发射扫描电子显微镜(SEM,Hitachi SU8220，日本日立集团)观察复合相变材料的微观形貌。使用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR，Nicolet IS50，Thermo Fisher Scientific)，多位自动进样X射线衍射仪(XRD，X'pert Powder，PANalytical)表征复合相变材料的化学性质。采用差示扫描量热仪(DSC,Q20,TA)对复合相变材料进行热物性分析，测试其相变温度和相变焓。采用热常数分析仪(TPS 2500，瑞典Hot Disk公司)通过瞬态平面热源法测试复合相变材料的热导率。使用万能试验机(AG-IC50Kn，岛津仪器有限公司)来测定水合盐凝胶材料的拉伸和压缩性能。通过高低温箱(JD-8001B-150L，东莞捷东仪器有限公司)进行过冷度测试，K型热电偶采集温度数据。采用数码相机对样品进行接触角测试，探究其表面润湿性。

2 PAAS/CA/SSD双网络水凝胶的表面张力调控研究

2.1 表面张力调控实验

按上述方法制备得到水凝胶溶液，但是更改其模具厚度，制备1 mm厚度的水合盐凝胶。在最后一步添加引发剂时分别加入质量分数为1‰~5‰的表面活性剂，并通过平板压制法制备。

2.2 表面润湿性与铺展成型性能

由图1(a)可以看出仅通过平板压制的方法制备得到1 mm的水合盐凝胶存在许多的孔洞，严重影响水合盐凝胶性能。本研究对表面活性剂的选择综合考量了高盐电解质耐受性、界面调控效率及结构兼容性。首先，针对SSD高浓度环境引发的“盐析”风险，选用非离子型体系以确保其在饱和盐溶液中的化学稳定性；其次，鉴于1 mm超薄规格下流体受到的重力不足以克服其内部高内聚力的工艺挑战，利用杜邦FS-3100极致的表面张力降低能力，仅需质量分数1‰的极低添加量即可高效降低表面张力，使前驱液能自发铺展实现均匀成膜。由于该活性剂在极低剂量下即可发挥高效调控作用，其微小的质量占比几乎不挤占体系中核心相变材料的物理空间，从成分占比上保证了材料的潜热储能密度不受损失，实现了工艺改性与热性能维持的完美协同。

图1  (a) 未加表面活性剂的样品实物图；(b) 添加1‰表面活性剂用样品实物图；(c) 未添加表面活性剂凝胶接触角; (d) 添加1‰表面活性剂凝胶接触角

杜邦FS-3100属于非离子型氟碳表面活性剂，其活性组分为部分氟化醇取代的乙二醇，化学全称为聚氧乙烯单(3, 3, 4, 4, 5, 5-七氟己基)醚。该活性剂分子由具有极低表面能的短链(C6)全氟烷基疏水端(Rf)与聚氧乙烯亲水尾组成。其作用机理体现在界面热力学的定向调控：FS-3100分子能自发向气-液界面迁移，亲水端通过氢键或极性作用与凝胶前驱液中的水分子及盐离子结合，而极疏水的氟碳短链则朝向空气相或模具界面定向排列。这种有序排列取代了表面原本具有高内聚力的水分子簇，将界面分子间的强极性吸引转变为氟碳链间极弱的范德华力。这种界面能级跃迁不仅使触角从111.1°锐减至42.2°(图1)，还通过显著增大铺展系数，使体系由“不润湿”转变为“自发铺展”，从而彻底消除了超薄模具制备过程中的孔洞缺陷。

为验证上述机理，本研究首先尝试对添加表面活性剂前后的水凝胶进行表面张力测试。由于水凝胶黏度较高，且需在特定温度条件下测量，常规方法难以直接适用。因此，实验前期曾尝试通过自主搭建的接触角测量平台，间接观察表面张力的变化趋势。然而，为实现更精确、直接的表面张力数据，最终采用芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量草莓污污污视频进行系统测量。

利用Delta-8草莓污污污视频，分别在相同温度条件下对PA-10样品及添加1‰表面活性剂后的样品进行了表面张力测定。结果表明，加入表面活性剂后，水凝胶的表面张力从 72.5±0.8mN/m显著下降至 42.3±0.6mN/m。该结果直接证实表面活性剂有效降低了水凝胶的表面张力，从而改善其在固体基底上的润湿性能，使其能够在1 mm浅槽模具中均匀铺展。前期接触角测试结果（图1(c)、(d)）同样显示，加入表面活性剂后水凝胶在硅胶表面的接触角由111.1°降至42.2°，与表面张力数据趋势一致，进一步支持上述结论。