随着全球经济和人口的持续增长，人类对化石燃料的依赖程度不断增加，这不仅导致化石能源短缺，而且带来的全球变暖、气候变化等环境问题日益突出，因此开发可再生能源和可持续能源的研究越来越重要。热储能作为替代不可再生能源的一种方式，能够有效调节太阳能等可再生能源供需不匹配的问题。在各种热能存储系统中，潜热储热使用的相变材料具有成本低、储能密度大、化学稳定性好、无腐蚀性等优点，因而得到广泛研究。

目前相变材料已被用于建筑、空调、太阳能、电池电子设备热管理等方面。但是传统的相变材料在相变过程中存在容易泄漏、体积变化和热导率低等缺点。微囊化能够防止相变材料泄漏、降低与外界环境的反应并且提高热导率。微小的颗粒或液滴被涂层包围或嵌入均质或非均质基质中，以得到满足多种用途的小胶囊的过程称为微囊化。微胶囊颗粒有不规则形状、单层壁、多层壁、多核和基质颗粒等多种形状。

微胶囊技术可以使相变材料保持宏观固体形态，即使发生了从固体到液体的相变现象，也能免受其他材料的影响和干扰。此外，微胶囊外壳可以为封装的相变材料提供一个巨大的比传热表面，从而显著提高传热和热响应。  

相变微胶囊以相变材料作为芯材，根据相变过程的不同，相变材料可分为固-液、固-气、液-气和固-固相变材料，由于相变过程中体积变化大和压力高等原因，固-气和液-气相变材料的应用受到限制。与固-液相变材料相比，固-固相变材料的相变潜热相对较低，因此固-液相变材料是应用最广的热能储存材料。

固-液相变材料应具有良好的热性能。在物理特性方面，相变材料应保持较好的相平衡和较小的体积变化。对于动态特性而言，相变材料要具有低的过冷度或没有过冷度以及良好的结晶速率。此外，还需考虑循环过程中的化学性能、与其他材料的相容性、长期热循环稳定性等，以确保相变材料长期使用。根据相变材料的组成，相变材料分为有机相变材料、无机相变材料和共晶相变材料。石蜡、脂肪酸、结晶水合盐、共晶水合盐、金属等相变材料都可以作为芯材。 

根据材料组成不同，相变微胶囊的壁材分为天然高分子材料（如蛋白质、壳聚糖、淀粉等）、合成高分子材料（如丙烯酸、聚苯乙烯、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等）和无机材料（如二氧化硅、碳酸钙、氧化锌、二氧化钛等）。

50多种聚合物可用作相变微胶囊的壁材。相变材料的有机壁材通常由天然和合成的聚合物材料组成，具有良好的密封性能、结构柔韧性以及对相变过程中的体积变化具有出色束缚力。壁材在决定封装相变材料的传热特性和机械强度方面起着重要作用。高强度壁材的热特性不仅可以提高储热系统的性能，而且还能增加封装相变材料的热循环次数。选择壁材时应注意以下问题：(1)壳层聚合物不能溶解在能溶解核材料的溶剂中，也不能明显溶解聚合物。(2)壁材应具有优良的性能，如高强度、高导热性和良好的耐热性等。此外，壁材的工作温度必须高于核材料的熔化温度。(3)壁材不能与周围环境发生反应且应具有防漏功能。(4)价格和成本低，来源丰富。

原位聚合法是通过将2种不同的聚合物共混制备预聚物溶液，然后将其以液滴的形式添加到相变材料乳液中，之后将乳液冷却、过滤并干燥得到相变微胶囊。原位聚合的优点是壁材可以是水溶性或油溶性单体，也可以是两者的混合物。该方法实现了材料的多样化和简化操作步骤的目的，是最常用的相变微胶囊合成方法，常用来制备三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂等有机壁材。

乳液聚合适用于不溶于水相或难溶于水相的单体。乳液聚合主要包括以下步骤：首先，在乳化剂、表面活性剂的作用下，用机械搅拌将不溶性单体均匀地分散在反应介质中；其次，通过加入引发剂引发聚合反应从而在芯材表面生成聚合物膜；最后，洗涤干燥形成微胶囊。乳液聚合的优点是简单环保，微囊化率高。

悬浮聚合法指与水不混溶的反应混合物以液滴形式悬浮在水连续相中，通过搅拌将芯材分散液、壁材和引发剂分散到悬浮体系中，在特定的条件下引发壁材聚合反应，最终形成微胶囊。悬浮聚合法的优点是使用了悬浮稳定剂，产物易分离，便于直接成型。

采用界面聚合法制备相变微胶囊的过程中，微胶囊壁是由亲水性和亲油性单体在水包油界面上快速聚合形成的。将单体和聚合物的有机相分散到混有乳化剂、稳定剂的水相中，并且聚合反应过程通常在液滴的表面或颗粒物表面形成微胶囊。溶剂的性质、乳化剂的类型、反应时间及pH等因素将影响相变微胶囊的质量。

溶胶-凝胶法是指分子前驱体（金属、有机醇、盐或无机化合物）在液相中进行水解缩聚反应形成胶体溶液（溶胶），溶胶在老化的胶体颗粒之间缓慢聚合，转化为三维氧化物网络结构的凝胶。凝胶是由上述溶胶颗粒聚集组成的三维网络，三维网络由范德华力、氢键和共价键连接而成。溶胶-凝胶法最大的优点是制备温度低，制备的相变材料强度和韧性好。

喷雾干燥法制备相变微胶囊的原理是壁材在预热时将形成网状结构，从而起到筛选的作用。小分子核心材料由于热蒸发而从薄膜中逸出，而大分子材料则留在薄膜中。通过选择不同的壁材，可以控制膜孔的大小，以达到包住不同粒径分子的目的。喷雾干燥法的优点是操作简单、成本低、封装效率高。但喷雾干燥法制备的相变微胶囊存在颗粒聚集、颗粒不能完全涂覆的缺点。

熔化和凝固温度以及潜热容量值是反映相变材料蓄热性能的重要指标之一，这些特性通常使用差示扫描量热法来测量。相变材料的焓值和温度主要取决于自身的性质。除一些以金属作为外壳的相变微胶囊外，由于包封率的降低，相变微胶囊与纯相变材料相比相变潜热会有所下降。

导热系数是衡量相变微胶囊热性能的重要参数，相变微胶囊热导率测量方法有热线法、3ω法。事实上，相变微胶囊粉末通常分散在液态传热流体中，形成相变微胶囊浆料作为功能性热流体已被广泛应用。相变微胶囊悬浮液的热导率由麦克斯韦方程组计算。

无机材料的导热率较高，因此以无机材料作为壁材的相变微胶囊具有较高的热导率（与相变材料为芯材相比）。但以聚合物作为壁材的相变微胶囊的缺点是热导率低，并且导热系数会随着温度的升高而减小。为了解决相变微胶囊热导率低的问题，通过添加高导热材料[石墨烯、氧化石墨烯（GO）、碳纳米管、SiC、纳米银、纳米氧化铜等]改性来提高热导率。

过冷是液态相变材料在温度低于凝固点时不会结晶的现象。过冷度定义为熔化温度和冻结温度之间的差值，计算公式为：ΔT_s=T_m-T_c，其中ΔT_s为过冷度；T_m为熔化温度；T_c为冻结温度，单位均为℃。过冷导致潜热在较低温度或较宽温度范围内释放，不利于储能应用。无机相变材料(如水合物)有明显的过冷现象，而有机相变材料不会经历严重的过冷。然而，当有机相变材料被封装在微胶囊中时，往往会发生严重过冷现象，这很可能是在微小的空间中没有原子核，结晶温度显著降低造成的。抑制相变微胶囊过冷的方法有2种：一是将纳米颗粒作为成核剂加入核心材料，以促进异质成核；二是使用纳米粒子作为改性材料。

封装率和封装效率是衡量相变微胶囊包封率的2个重要的技术参数，描述了封装壁材对相变材料芯材的影响及其潜热储存/释放效率。

相变微胶囊的热稳定性包括热循环可靠性和热降解性。热稳定性可以通过在多次重复热循环后测量封装相变微胶囊的热物理特性来确定。热循环可靠性通常基于差示扫描量热仪来测量循环前后性能的差异。热降解性通常采用热分析仪测量，通过检测由于材料分解、氧化或脱水过程中成分以及质量的变化来表征材料的热稳定性。

宏观封装的相变材料与建筑材料直接接触时，建筑材料表面会发生霜冻现象，相变材料也可能会发生泄漏。微胶囊技术不仅保护了相变材料，提高了其与建筑材料的兼容性，而且还提高了热能存储能力和传热效果。相变微胶囊与地板、干墙、混凝土、天花板、墙板、石膏板、保温板、墙板等建筑材料复合应用于建筑物，可以降低建筑能耗，提高建筑物的热舒适性。

目前相变材料已被应用于太阳能集热器、太阳能热水、太阳能光伏等多种太阳能系统。将复合相变微胶囊材料分散在水中制备的新型传热浆料具有优异的导热性、比热和光吸收性能以及出色的光热转换性能。

随着电子设备、锂离子电池和光伏模块等温度敏感设备的高度集成化和紧凑化，良好的热管理系统对于提高设备性能和延长使用寿命至关重要。过高的工作温度会降低电子元件、锂离子电池和光伏电池的性能，这需要良好的热管理系统来改善。相变微胶囊具有高潜热，能够在相变温度范围内吸收大量热量而不会显著升温，被广泛应用于各种热管理系统。

相变微胶囊在热储能领域具有广阔的应用前景，并且能够改善热管理系统中电子产品散热差的问题。相变微胶囊材料应用过程中出现的过冷现象可以通过添加成核剂或者改变壁材的组成和结构诱导异相成核来抑制或消除；球形结构增加了表面积体积比提高了相变微胶囊的传热率。为进一步提高相变微胶囊的热导率，可以通过添加无机纳米粒子或直接使用无机壁材来实现，并且添加纳米粒子可以提升相变微胶囊的机械强度和热稳定性。相变微胶囊的不稳定性和团聚性仍需要进一步研究。相变微胶囊的稳定性受粒径的影响，小粒径的相变微胶囊有助于减少使用中的破损，增强了其耐用性能。目前有关相变微胶囊的实际应用研究很少，研究多功能型相变微胶囊将是未来的发展趋势。