光热相变复合材料在太阳能转换与储能领域备受关注，其光热转换、相变储热性能依赖于纳米至宏观尺度的结构设计。通过结构与界面协同调控，可实现高效光热-储热耦合。该类高性能材料不仅为可再生能源高效利用、智能化热管理难题提供全新解决思路，更能助力清洁能源产业发展，助推全球双碳目标落地实现。
近日，天津大学封伟教授领导的FOCC研究团队系统地综述了光热相变复合材料的结构设计原理，包括光响应异构单元、连续导热网络、核壳/层状异质结构、梯度功能布局及仿生分级构筑等，阐明了这些结构如何协同调控光吸收、储热与传热行为。重点讨论了集成碳基骨架、多孔无机载体、相变材料与分子太阳能热燃料的复合体系，并全面梳理了在太阳能利用、建筑节能、电子热管理及柔性可穿戴系统中的典型应用。最后展望了光热相变复合材料目前面临的挑战与未来发展方向。该综述为高性能光热相变复合材料的设计提供了理论基础与实践指导。
2026年4月17日，该综述以“Structural Design and Energy Management Performance of Photothermal Phase Change Composites”为题发表于国际权威期刊《Advanced Materials》，论文第一作者为天津大学材料学院博士研究生宋驭繁，天津大学材料学院封伟教授、秦盟盟教授和俞慧涛教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金重点项目和重大仪器研制项目的支持。
论文简介
光热相变复合材料因可同时实现太阳能高效捕获、高密度热能存储与按需可控释放，受到广泛关注。这类材料将光热转换性能优异的功能组分（如碳基材料、等离子体金属、共轭聚合物）与高焓值相变材料（如石蜡、脂肪酸、水合盐）通过多尺度复合，显著提升了太阳能到热能的转换效率与利用时长，还赋予材料对光、温度等外界刺激的智能响应特性。
图1. 光热相变复合材料的分类及应用
光热相变复合材料是支撑可持续能源利用与热管理的关键技术，但其性能受限于吸热、储热与传热效率。本文的核心特色在于：系统聚焦从纳米到宏观的多尺度结构设计，将其作为提升材料性能的核心路径。对于异质型光热相变复合材料，分级结构跨越纳米限域通道、微胶囊包覆到宏观三维导热网络，可调控光吸收深度、导热路径与相变行为，有效抑制循环过程中的相泄漏、相分离与性能衰减。同时，功能组分间的界面相互作用（物理吸附、化学键合、范德华力、毛细作用）直接决定光热-储热多物理场耦合效率与能量转移动力学。对于分子型光热相变复合材料，通过分子尺度结构设计与分子间相互作用精准调控，将光响应单元与相变单元集成，可提升储能密度、拓宽工作温区。此外，取代基类型、烷基链结构与分子间作用力的调控，可实现光异构动力学、相变行为与热能释放的可调控制。
图2. 光热相变复合材料的储能与释能机制
近年来，研究者们通过微纳结构工程、表面功能化、外场辅助组装（电/磁/应力场）等策略，系统优化了复合材料内部的界面相容性与协同效应，揭示了微观结构特征（孔径分布、比表面积、导热通路连续性）与宏观性能（光热转换效率、储热密度、热响应速率、循环稳定性）之间的内在机制，为材料的定向设计与性能调控提供了坚实理论与方法支撑。
图3. 光热相变复合材料近十年研究进展
光热相变复合材料兼具高效太阳能光热转化、高储能密度与精准智能温控等优势，已逐步从实验室基础研究迈向多元化实际应用。该类材料在柔性可穿戴热管理、建筑节能降耗、电子设备热失效抑制、太阳能高效利用转化及高端精密领域应用中，均展现出优异的应用潜力与综合性能。
在总结与展望部分，作者对光热相变复合材料的设计结构（如三维连续导热网络、纳米限域通道、仿生分级体系等）进行了深度评述，揭示了这些结构在碳基骨架、多孔无机材料与各类相变材料复合体系中，协同调控光-物质相互作用与热力学过程。同时，梳理了该类材料目前存在的局限（如长期循环稳定性不足、规模化制备受限及多功能集成度低等），并围绕光热相变复合材料的未来聚焦方向（如分子与界面工程、低碳规模化制造、多能量协同转换及前沿技术融合等）进行了探讨，希望为该领域的后续研究指引新的方向。
特别地，本文的学术价值体现在以下两方面：
·理论基础：明确了结构-性能关联，为理解形貌与界面特性如何支配光热转换与储热过程提供理论框架。
·实践指导：覆盖太阳能利用、柔性可穿戴系统等应用场景，为解决结构稳定性、规模化制备等现有难题提供实用方案。
论文目录
1. Introduction
引言
2. Heterogeneous photothermal phase change composites
异质型光热相变复合材料
2.1. Mechanism of heterogeneous photothermal phase change composites
异质型光热相变复合材料机理
2.2. Recent advances in heterogeneous photothermal phase change composites
异质型光热相变复合材料的最新进展
2.2.1. Organic photothermal conversion/phase change composites
有机光热转换/相变复合材料
图4. 有机光热转换/相变复合材料
2.2.2. Inorganic photothermal conversion/phase change composites
无机光热转换/相变复合材料
图5. 无机光热转换/相变复合材料
2.2.3. Metal photothermal conversion/phase change composites
金属光热转换/相变复合材料
图6. 金属光热转换/相变复合材料
2.2.4. Carbon photothermal conversion/phase change composites
碳基光热转换/相变复合材料
图7. 碳基光热转换/相变复合材料
2.2.5. Other
其他
2.3. Enhancement strategies of energy management performance
能量管理性能提升策略
3. Molecular photothermal phase change composites
分子型光热相变复合材料
3.1. Mechanism of molecular photothermal phase change composites
分子型光热相变复合材料机理
3.2. Recent advances in molecular photothermal phase change composites
分子型光热相变复合材料的最新进展
3.2.1. Molecular structure design of photo-responsive molecular isomer
光响应分子异构体的分子结构设计
图8. 光响应分子异构体的分子结构设计
3.2.2. Photo-responsive small molecule phase change composites
小分子光响应相变复合材料
Regulation of alkyl chain
烷基链调控
图9. 小分子光响应相变复合材料的烷基链调控策略
Regulation of photo-responsive molecules
光响应分子调控
图10. 小分子光响应相变复合材料的光响应分子调控策略
3.2.3. Photo-responsive polymer phase change composites
聚合物光响应相变复合材料
Polymer covalent grafting
聚合物共价接枝
图11. 聚合物光响应相变复合材料的共价接枝策略
polymer composite matrix
聚合物基体共混
图12. 聚合物光响应相变复合材料的共混策略
3.3. Enhancement strategies of energy management performance
能量管理性能提升策略
4. Applications of photothermal phase change composites
光热相变复合材料的应用
图13. 光热相变复合材料在人体、建筑、电子热管理方面的应用
图14. 光热相变复合材料在能源利用与转化、高精尖领域方面的应用
5. Conclusions and Prospects
总结与展望
文献详情
Yufan Song, Zhixing Zhang, Huitao Yu, Mengmeng Qin, and Wei Feng, “Structural Design and Energy Management Performance of Photothermal Phase Change Composites.” Advanced Materials, 2026, e73115.
https://doi.org/10.1002/adma.73115
通讯作者简介
封伟，天津大学二级教授。1992年本科毕业于西安交通大学高分子材料专业，获工学学士学位，2000年获得西安交通大学电子工程工学博士学位，后在日本大阪大学电子系、清华大学化工系做博士后研究。2004年加入天津大学材料学院高分子系任教授、博士生导师。担任第七、八届教育部科技委学部委员，中国复合材料学会常务理事、导热复合材料分会首任会长，中国材料研究学会高分子材料与工程分会常务理事、SAMPE中国大陆总会智能复合材料专委会副主任委员等职。主要从事功能有机碳复合材料，高导热复合材料，光热能转换存储材料，高性能氟化碳材料以及智能响应功能复合材料方向研究。担任国家某能源领域重点项目首席科学家、装备预研-教育部创新团队负责人、天津市131创新团队负责人。封伟教授主持国家自然科学基金重大科研仪器项目、国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金项目、国家科技部重点研发等项目50余项。入选国家级科技创新领军人才，科技部中青年创新领军人才，天津市杰出人才，天津市海河英才，天津市青年科技奖、天津市131创新人才第一层次、教育部新世纪优秀人才等计划。是英国皇家化学会会士（FRSC），日本JSPS学术振兴委员会高级访问学者，享受国务院政府特殊津贴。在Chem. Soc. Rev.、Nat. Comm.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表学术文章300余篇。授权中国发明专利100余项，授权国际专利5项。主编和参编英文专著4部，国家十四五国家重点出版物1部。是斯坦福大学全球前2%顶尖科学家、“科睿唯安”全球高被引科学家。以第一获奖人身份获得天津市自然科学一等奖（2023年）、教育部技术发明一等奖（2020年）、天津市技术发明一等奖（2015年和2018年）以及中国复合材料学会科技一等奖（2023）等省部级奖5项。
秦盟盟，天津大学教授、博士生导师、中国复合材料学会导热复合材料分会秘书长、国家级青年人才，获得中国复合材料学会青年科技奖，入选中国科协青年人才托举工程。主要研究面向器件装备热管理的软弹性导热高分子复合材料，研究成果在Advanced Materials等期刊发表SCI论文50余篇，授权国内外发明专利20余项。主持国家级项目10余项，获得教育部技术发明奖、中国复合材料学会科学技术奖、天津市自然科学奖、技术发明奖等省部级一等奖5项。
俞慧涛，内蒙古科技大学教授，硕士生导师，功能高分子复合材料与器件团队负责人，第八届中国科协青年托举人才，英才兴蒙青年拔尖人才，主要从事功能有机碳复合材料研究。先后主持国自然青年基金C等国家级项目5项，省部级项目3项，在Advanced Materials、Macromolecules、Nano-Micro Lett.等期刊发表高水平SCI 50余篇，课改论文2篇，其中第一/通讯作者中科院一区20余篇，高被引7篇，总引用5000余次，授权发明专利10余项。任Carbon energy客座编辑，Carbon Neutrality、Exploration、Nano-Micro Letter、Research、《内蒙古科技大学学报》青年编委。获得2023年中国复合材料学会科学技术一等奖（5/5），2023年中国复合材料学会优博论文奖，第八届中国复合材料学会导热委员会委员，纳米复合材料专委会委员，第十届中国机械工程学会材料分会委员。