相变复合材料是一种利用材料相变过程吸收或释放大量热量，实现高效热管理的新型材料。近年来，随着电子器件功能化、小型化、超高集成化程度不断提高，散热问题成为制约性能发展的关键。相变复合材料具备良好的均温性能和灵活性，散热系统结构简单，通过发生恒温相变在控温时起到“削峰填谷”的作用。在间歇性发热、对温度稳定性要求高的小型通信及可穿戴电子设备等方面有重要应用。

然而值得注意的是，在电子器件使用中，功率密度分布不均，局部功率密度高致温度突破阈值，热量经基板传导形成明显温度梯度。传统均一相变热管理材料弊端凸显：在高温区域，它会迅速突破相变分子的吸能上限，导致温度急剧攀升；而在低温区域，又因温度不足，无法促使相变分子发生相变，进而丧失热管理能力。已难以适应新兴电子设备复杂多变的发热特性。目前，尽管相变复合材料在热管理方面具有潜在优势，但针对解决局部高功率发热及整体梯度控温的研究较少。因此，研发具备定点式、模块化温度热管理功能的热管理器件，实现精准定向热管理，有效延迟器件的热响应，成为当下电子器件热管理领域亟待解决的关键问题。

近日，天津大学封伟教授团队研究制备了一种新型的模块化相变复合材料，可以定点、定量地针对电子器件的不均匀发热进行控制，使得热管理效率最大化。团队陈艺琳硕士为第一作者，封伟教授、冯奕钰教授为通讯作者。

首先利用发泡法和冷冻干燥制备了具有三维连续通孔的各向同性石墨烯气凝胶，孔隙率为95.09%。选择了四种相变温度差异显著的相变分子与石墨烯气凝胶复合，得到了Ei@GA、Tetra@GA、Octa@GA和1,10-Deca@GA四种复合材料，热导率与纯相变材料相比提高了20~27%，相对焓效率均超过98.7%。此外，本文通过氧化石墨烯还原焊接界面进行定制组装，制备了一体化的、针对不同发热特点的热管理模块M1-PCMs@GA。通过构建非均质发热平台，模拟电子器件中的不均匀发热。与均一的相变复合材料模块M₂-Ei@GA和M₃-1,10-Deca@GA相比有更优异的控温效果，有效控温时间分别延长100.0 s和394.7 s。因此，定制组装模块化热管理器件在电子设备智能温控领域具有重要的应用前景，该理念丰富了智能热管理器的应用功能和发展方向。

课题组网站链接：功能有机碳复合材料课题组-首页 (focclab.com)。

Chen Y, Yu H, Feng Y, et al. Custom-assembled phase change modular devices for personalize speciality: Carbon energy thermal management application. Nano Research, 2025, 18(3): 94907202. https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907202.