近日，城市建设学院张东副教授团队在土木工程材料领域国际权威期刊《Construction and Building Materials》（JCR Q1区、中科院一区Top期刊，2025年影响因子8.0）在线发表了题为“Hydrogen-bonded PEG/functionalized expanded graphite composite phase change material (PEG/FEG CPCM) for pavement thermal regulation: Fabrication and performance”的研究论文。该成果第一作者为张东副教授（菏泽学院为第一署名单位），合作者包括武汉理工大学陈美祝教授、长安大学陈宗武副教授等。该研究得到了交通运输部清洁低碳智能交通技术教育部工程研究中心开放基金、长沙理工大学交通运输部道路结构与材料重点实验室开放基金、中央高校基本科研业务费及长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室开放基金等项目的资助。

盛夏时节，城市沥青路面温度常常超过60℃。深黑色的沥青路面吸收大量太阳辐射，不仅加剧了城市热岛效应，还容易引发车辙、推移、高温开裂等路面病害，严重影响行车安全和道路使用寿命。在众多降温技术中，相变材料（PCM）凭借其高效的热能储存与释放能力，被公认为极具潜力的主动热调控方案。聚乙二醇（PEG）作为一类常用的相变材料，具备潜热高、相变温度可调等优势，但其在相变过程中存在液相泄漏和自身导热系数极低的瓶颈问题。如何有效“锁住”液态PEG并同步提升导热能力，是制约其在道路工程中应用的关键技术难题。

针对上述挑战，研究团队提出了一种基于氢键界面增强的创新策略--对膨胀石墨（EG）进行酸化氧化功能化改性，在石墨片层表面引入丰富的含氧官能团（–OH、–COOH），使其与聚乙二醇分子链上的–OH和C–O–C基团形成多重氢键作用。研究结果显示，功能化改性后膨胀石墨（FEG）的层间距由0.3379nm扩大至0.3439nm，表面氧元素含量从2.66%大幅提升至12.33%；SEM与EDS表征证实，FEG表面均匀分布的含氧官能团显著增强了对PEG的吸附能力；FTIR分析中特征峰的系统性位移进一步验证了氢键的形成--这种键能高达20–35kJ/mol的界面作用力，远强于传统PEG/EG体系依赖的范德华力；DSC测试结果表明，PEG/FEG复合相变材料的熔融焓达141.60 J/g、结晶焓达134.12 J/g，热储能容量达到理论值的98%以上，体现出优异的储能效率。过冷度较纯PEG降低24.9%，降至11.39℃；导热性能方面，FEG构建的三维导热网络使PEG/FEG CPCM的导热系数高达3.6257 W/(m·K)，较纯PEG（0.3132 W/(m·K)）提升了11.58倍；在100次加速热循环后，PEG/FEG CPCM的相变温度降幅仅0.9%，潜热衰减仅1.0%，而未经改性的PEG/EG体系潜热衰减高达32.2%；TGA分析进一步显示，PEG/FEG CPCM的初始分解温度提升至306.4℃，比纯PEG提高10.7℃；界面氢键有效抑制了PEG分子在长期热服役过程中的氧化降解，显著增强了材料的热稳定性和封装耐久性。

将所制备的PEG/FEG CPCM以20 vol%掺量掺入AC-13沥青混合料中进行路面模拟实验，结果显示：在升温阶段，改性沥青路面达到65℃的时间延长至96分钟（较普通路面延长2.1%），并在45–55℃区间出现约40分钟的热缓冲平台；在降温阶段，热量释放使降温时长延长15.0%，有效抑制了路面温度的大幅波动。PEG/FEG CPCM兼具“高温吸热降温”与“低温放热保温”的双向调控特性，不仅有助于缓解热岛效应和减少高温病害，还能延长路面在寒冷季节的使用寿命，降低能源消耗，为实现绿色低碳的耐久型路面提供了新的材料解决方案。

论文信息：Zhang, D., Chen, M., Chen, Z., Li, P., Shao, Z., Liu, X., Liu, P. (2025). Hydrogen-bonded PEG/functionalized expanded graphite composite phase change material (PEG/FEG CPCM) for pavement thermal regulation: Fabrication and performance. Construction and Building Materials, 491, 142695.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.142695