相变蓄热技术是临近空间和深空探测器热控技术中的一种有效手段，在消除热负荷时间不均匀性、降低瞬时热负荷峰值对航天器散热系统的压力、保障航天器正常运行和航天员生存安全等方面具有重要意义。然而，相变材料（PCM）传热性能低、微/低重力下浮力驱动的自然对流被抑制甚至完全消失，导致微重力下存在PCM低热导率技术瓶颈，严重制约了相变蓄热技术的有效应用。近日，力学所赵建福研究员团队分别和海南大学彭浩教授团队、广东工业大学庄依杰副教授团队合作，在空间微重力环境相变蓄热材料动态融化过程及磁场调控等研究中取得进展。相关研究成果已于近日正式发表于国际微重力科学与技术领域顶刊Microgravity Science and Technology（第一作者彭浩，共同通讯作者彭浩、赵建福）和Innovation旗下子刊Innovation Energy（第一作者庄依杰，共同通讯作者庄依杰、杜王芳）。

研究团队提出了石墨烯纳米片（GNP）增强的带鳍PCM强化PCM融化方法，通过地面常重力实验和数值仿真系统研究了鳍片形状、GNP浓度和重力水平等对PCM动态熔化特性的影响，发现矩形和三角形鳍片均可强化PCM内的热传输，GNP的存在可进一步显著促进融化，大幅减少微/低重力下的熔化时间；探讨了复合相变体系的热-流-磁耦合效应及调控机制，提出了构建空间多形态能源综合利用系统的设想，强调了相变动力学中热-流-磁耦合效应的重要性，以期推动磁场调控技术在空间储能基础研究中实现新突破。

该研究得到了力学所赵建福、杜王芳共同负责的中国空间站应用发展工程科学实验项目（KJZ-YY-NLT0505）等的支持，相关成果也将直接应用于该项目空间站实验装置的研制。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s12217-025-10175-7

https://doi.org/10.59717/j.xinn-energy.2025.100085

图1 空间微重力应用场景中的磁场调控相变蓄热材料

图2 地面常重力条件下矩形鳍片PCM动态融化过程数值仿真与实验观测结果的比较

图3 月球重力（左）和火星重力（右）条件下带鳍片的GNP增强PCM融化过程数值仿真结果