RMR前沿发布｜中科院理化所张旭东研究员团队解析金属—有机相变协同，探寻高功率航天器热控新路径

转自 Rev.Mat.Res-RMR

导语

随着高功率航天器、空间站及未来空间基础设施的发展，星载电子设备面临日益严峻的瞬态热负荷与温度稳定性挑战。相变材料能够通过熔化吸热、凝固放热缓冲热量波动，为协调设备产热与系统散热提供有效途径。然而，传统石蜡类材料导热能力有限，微重力环境又抑制自然对流，容易出现温度梯度与热响应滞后；金属相变材料虽具有高导热率和较高体积潜热，却受到质量潜热偏低、过冷及界面相容性等问题制约。

围绕上述难题，中国科学院理化技术研究所张旭东研究员团队系统综述了面向空间热控的混合金属相变材料。文章从金属与有机相变组分的热物性互补出发，梳理材料级复合与结构级集成策略，重点讨论近零体积变化、低温度波动及低过冷度等功能设计，并总结相变材料与电子器件、辐射器、热管及冷却回路的耦合方式。综述进一步分析长期稳定性、腐蚀、泄漏和微重力传热等关键挑战，为兼顾快速热响应、储热能力与服役可靠性的空间热控材料设计提供系统参考。

文章信息

文章信息：

Zhang X, Xiao Z, Gong C. Hybrid metallic phase change materials for space thermal control. Review of Materials Research. 2026;2(9):100300. https://doi.org/10.1016/j.revmat.2026.100300

文章亮点速览

亮点一｜金属有机互补储热

研究内容：

系统比较低熔点金属与有机相变材料的导热率、质量潜热及体积潜热，分析二者在快速传热、轻量化储热和紧凑空间应用中的优势与局限。围绕金属高导热、有机组分高质量潜热的互补关系，梳理混合体系的性能调节思路。

研究价值：

明确混合设计需要统筹传热效率、储热能力与质量约束，为不同空间热控需求下的材料选择提供依据。

亮点二｜跨尺度设计协同控温

研究内容：

将混合体系归纳为材料级复合与结构级集成两类，梳理熔融混合、液态金属乳化、多孔骨架浸渗及微胶囊化等方法。比较组分直接复合与空间分区布置的特点，讨论导热网络、限域结构和封装对相分离、泄漏及热响应的影响。

研究价值：

贯通材料配方与模块架构设计，为兼顾组分稳定、热量传输和系统集成提供多尺度方案。

亮点三｜界面耦合拓展热功能

研究内容：

围绕近零体积变化、近零温度波动和低过冷度三类功能，讨论相变体积补偿、梯度熔点布置及界面诱导成核的设计思路。结合代表性研究，分析多相协同对界面接触稳定、温度漂移抑制和凝固潜热及时释放的潜在作用。

研究价值：

将混合体系的设计目标由热物性优化拓展至相变行为调控，为高稳定性瞬态热管理提供新思路。

亮点四｜系统耦合面向空间应用

研究内容：

总结相变材料与电子器件、辐射器、热管及冷却回路耦合的代表性研究，分析潜热缓冲与系统传热的协同作用。面向混合金属体系，进一步梳理质量约束、腐蚀泄漏、循环稳定性及微重力传热问题，并展望高功率空间平台的应用。

研究价值：

连接材料性能与系统需求，明确混合金属相变材料走向空间应用所需解决的关键工程问题。

文章核心图表

结语

中科院理化所张旭东研究员团队的这篇综述，围绕混合金属相变材料的热物性基础、跨尺度构筑及功能拓展，系统呈现金属—有机组分协同用于空间瞬态热管理的设计思路。其价值不仅在于协调导热与储热能力，还在于通过界面耦合和结构设计，探索体积变化补偿、温度波动抑制及凝固过程调控。

目前，混合金属相变材料的航天应用仍处于早期阶段，长期循环稳定性、腐蚀防护、可靠封装及微重力条件下的传热与凝固机制仍需深入研究。随着轻量化结构、界面保护和相变动力学调控的发展，这类材料有望为高功率航天器、深空探测及未来空间基础设施提供新的热控选择。

作者介绍

张旭东

中国科学院理化技术研究所

研究员、博士生导师

张旭东，中科院理化技术研究所项目研究员，博士生导师，入选中科院百人计划B类。主要从事芯片热管理科学与技术、室温液态金属极端传热、低温半导体等方向研究。长期聚焦高功率电子器件与先进能源装备中的热管理关键问题，围绕液态金属传热、热界面材料及高热流密度散热技术开展系统研究，致力于推动极端条件下高效热传输技术的发展。以第一或通讯作者在 Advanced Materials Interfaces、Applied Thermal Engineering、International Journal of Heat and Mass Transfer 等国际期刊发表学术论文20余篇，主持承担中国科学院青年人才项目、国家自然科学基金青年基金、国家发改委集成电路专项子课题、中国博士后科学基金面上项目等多项科研任务，任Energy & Environmental Materials 、Nano-Micro Letters期刊青年编委，中国材料大会热管理材料分会场秘书长、中国复合材料学会导热复合材料分会委员等。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050913026001671