2.3 微观形貌结构分析

通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察PAAS/CA/SSD水凝胶的图像，本研究从微观层面探讨了双网络水凝胶对SSD的包覆效果。图2(a)~(c)是PA-10水凝胶的SEM图像，可以明显地看出聚丙烯酸钠和海藻酸钙构成的多孔网络结构。并且可以看到SSD晶体被嵌在了网络交联形成的孔隙中，而且孔隙规则，稳定。图2(d)~(f)展示的是Pure SSD的SEM图像，可以明显地看出，显示出的是单一的晶体结构，粒子形状规则，边界清晰，表面相对平滑。晶体的形状为规则的多面体，这是典型的无机晶体结晶行为的体现。图2(g)~(i)是加了1‰表面活性剂后的SEM图像，水凝胶的微观结构变得疏松和不规则。孔隙增大，且孔隙之间的连通性显著提高，表面结构出现了明显的网状特征。因为表面活性剂分子在凝胶网络中的分布可能会干扰PAAS和CA链段之间的物理交联点，或者改变水合盐晶体在网络中的成核均匀性，结构的整体连续性和稳定性下降，从而导致宏观拉伸强度的回落。

图2 不同材料的SEM图像：(a)~(c) PA-10的SEM图像；(d)~(f) Pure SSD的SEM图像；(g)~(i) PA-10加1‰表面活性剂后的SEM图像

2.4 表面活性剂对拉伸性能和相变特性的影响

1 mm低厚度规格是水合盐凝胶达成高效热响应特性与拓宽应用场景的核心形态需求，而凝胶体系固有的高表面张力特性，则是限制其成型精度、力学性能稳定性的关键限制性因素。图3清晰呈现了在1 mm厚度条件下，表面活性剂添加对水凝胶性能的显著优化效果：未添加表面活性剂时，凝胶液体因表面张力过大(硅胶模具表面接触角达111.1°)，在1 mm浅槽模具中难以均匀铺展，仅通过平板压制法制备的样品存在大量贯穿性孔洞，网络结构完整性遭到严重破坏，其拉伸强度不足0.04 MPa，断裂伸长率处于极低水平，无法满足实际应用对结构稳定性的基本要求。

图3 表面存在孔洞和加入不同质量分数表面活性剂的1 mm水凝胶样品拉伸性能测试

随着表面活性剂添加质量分数从1‰增至5‰，凝胶表面张力得到有效调控(接触角最低降至42.2°)，1 mm厚度下的铺展性显著改善，孔洞缺陷大幅减少，材料结构均匀性明显提升，对应的拉伸性能呈现出规律性优化特征。其中，1‰的表面活性剂添加量展现出最优效果，该条件下1 mm厚水凝胶的拉伸强度与断裂伸长率均达到峰值，相较于未添加表面活性剂的孔洞样品实现了质的飞跃，充分证明表面活性剂能够改善凝胶在模具表面的润湿与铺展行为，有效解决了1 mm超薄厚度下的成形难题，同时显著提升了材料的力学性能稳定性。

为进一步评估表面活性剂对材料储热性能的影响，对添加1‰表面活性剂前后的样品进行了DSC测试。如图4所示，两组样品的DSC曲线基本吻合。在相变焓值方面，未添加与添加表面活性剂的样品分别为119.7 J/g与121.1 J/g；分解焓值分别为913.5 J/g与946.4 J/g，差异均在实验误差范围内。结果表明，表面活性剂的引入未显著改变SSD的化学结构与相变行为，材料的储热能力与热稳定性得以保持。

图4 添加1‰表面活性剂前后材料的DSC升温曲线图

3 结 论

本研究以储热储冷领域不同应用场景对超薄柔性相变材料的开发需求为导向，针对SSD基相变材料的性能缺陷及超薄水凝胶的成型工艺难题，开展了SSD基双网络水合盐凝胶的制备、性能调控及超薄成型关键技术研究，旨在为储热储冷材料的轻薄化开发、装置微型化设计及系统运行优化提供实验依据和技术支撑，所得主要结论如下。

本研究成功制备了一种基于SSD的双网络水合盐凝胶，为改善水凝胶在低厚度条件下的铺展性能，通过引入表面活性剂有效调控其表面张力；在加入质量分数为1‰表面活性剂后，水凝胶溶液在硅胶模具表面的接触角由111.1°显著降低至42.2°，证实其在模具表面润湿性得到明显改善，为制备均匀低厚度水凝胶提供了可行路径。结构表征与性能测试进一步表明，表面活性剂的加入虽使双网络结构略有松散，导致拉伸强度一定程度下降，但与常规压制工艺所获样品相比，其力学性能仍具显著优势。此外，DSC测试结果显示，添加表面活性剂后材料的相变焓与分解焓均未发生显著变化，说明其热性能保持稳定，未受表面活性剂的改性影响。

本研究制备的SSD基超薄双网络水合盐凝胶，适配人体热管理、锂离子电池热管理及热失控防护等多场景的储能需求，为无机水合盐中低温储热储冷材料的轻薄化开发提供了新的技术路径。同时，本研究在相变材料配方优化、过冷度定量调控、超薄成型表面张力调控等方面取得的研究进展，也为储热储冷装置的微型化、柔性化设计及系统运行优化提供了重要的实验依据和技术参考，对推动中低温储热储冷技术的工程化应用具有重要的实践意义。