复合乳液通常包含水相，例如油包水包油（o/w/o）和水包油包水（w/o/w）乳液，它们在胶体科学中起基础性作用。油包油包油（o/o/o）乳液为非水试剂的应用提供了新途径，但在平衡多个有机相之间的力方面存在挑战。

近期，北京航空航天大学航空发动机学院黄毅副教授团队通过将交流电场与双交叉结微通道相结合，实现了对全有机核壳液滴形态的精确控制，成功制备出微胶囊相变材料，并深入探究了其在锂电池热管理等领域的应用潜力。相关研究以“Precise morphology control of all-organic core-shell droplets for synthesis of microencapsulated phase change materials through AC electric fields”为题目，发表在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。

本文要点：

1、本研究通过将交流电场与双交叉结微通道相结合生成o/o/o乳液，基于电场力、粘性力和界面张力的相互作用，观察和分析乳液的生成动力学特征。

2、首次建立了一套创新的评估理论来量化复杂乳液的生成效率。结果表明，与传统方法相比，电场效应在多种高流速下提高了生成效率和单分散性，且能灵活调整液滴尺寸和核壳结构。在低流速下，电场力还可控制不同类型o/o/o乳液中核壳液滴的破裂过程。

3、内相可替换为烷烃相变材料，进而加工成微胶囊相变材料（MEPCMs）。这类有机MEPCMs因具有超低电导率，可集成到电解质中，在锂电池中展现出显著的温度缓冲效应。

4、本研究不仅加深了对胶体系统的理解，还制备出具有定制功能的核壳结构，为能量转换与管理、药物递送和材料工程等领域的发展铺平了道路。

图 1. 微流控系统示意图。（a）微流控芯片。（b）流动结构。（c）实验装置。

图 2. 全有机核壳液滴生成的三种模式。

图 3. 不同流动条件下核壳液滴生成的流型图。（a）不同总流速（Qi + Qm）下无量纲参数`Q 的影响。（b）在（Qi + Qm）恒定为60 μL/h以及不同外相流速Qo下Qi:Qm的影响。（c）相应的现象。

图 4. 当Qi:Qm:Qo为20:40:720 μL/h时的生成动力学分析。有无电场时生成过程的时间序列：（a）电压U为0 kV；（b）电压U为1 kV，频率f为100 Hz。内相液滴进入第二主通道前的帧定义为t=0。（c）液滴生成过程中的相应应力分析：i U=0 kV，ii U=1 kV，f=100 Hz。（d）液滴颈部变细的过程。

图 5. 有无电场时流动条件对相对生成效率（RGE）和等效直径（D）的影响。当Qi:Qm为20:40 μL/h时，无量纲参数`Q 对（a）RGE和（b）D的影响。在`Q=12时，流速比Qi:Qm对（c）RGE和（d）D的影响。比例尺为100 μm。

图 6. 当`Q为12、16和20，Qi:Qm为20:40 μL/h时，电学参数对RGE和D的影响。比例尺为300 μm。施加电压（U=0−7 kV）对（a）RGE和（b）D的影响；施加频率（f=0−10 kHz）对（c）RGE和（d）D的影响。当`Q为12、16和20时，电压U分别设定为1 kV、3 kV和5 kV。（e）当`Q=16时电学条件的优化。（f）通过紫外固化在芯片上制备核壳结构。

图 7. 相反转双乳液的电场效应。（a）电场应力分析。（b）电场对RGE的提升作用。（c）当频率f=1 kHz、Qi:Qm:Qo为20:40:300 μL/h时，不同电压下的状态转变。（d）当电压U=5 kV时，通过频率控制核数量。比例尺为300 μm。

图 8. 微胶囊相变材料（MEPCMs）的电辅助制备。（a）当Qi:Qm为20:40 μL/h时，十二烷、十四烷和十六烷的核壳液滴电辅助生成过程。（b）当外相流速Qo=960 μL/h时，RGE和变异系数（CV）的提升情况。（c）D-T、T-T和H-T相变材料的差示扫描量热（DSC）曲线。（d）多次循环后的相变潜热。

图 9. 利用MEPCMs进行电池热管理。（a）MEPCMs添加到电解质中的示意图。（b）核壳结构的光学显微镜和扫描电镜（SEM）图像，其他比例尺为50 μm。（c）有无MEPCMs时电解质的冷却和加热过程。（d）纯电解质和1/8比例T-T的阻抗分析。（e）电池电阻Rb随T-T有机MEPCMs不同质量比的变化。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.01.206

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