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四川大學(xué)傅強(qiáng)/鄧華教授團(tuán)隊(duì)《Nat. Commun.》：面向戶外應(yīng)用的高強(qiáng)、高耐候輻射制冷薄膜
2023-10-12  來源：高分子科技

  被動(dòng)日間輻射制冷技術(shù)（PDRC）通過調(diào)節(jié)物體在太陽光譜下的反射率和大氣窗口下的發(fā)射率以實(shí)現(xiàn)戶外的簡單高效制冷，被認(rèn)為是解決由夏季極端高溫天氣所引起的能源、環(huán)境和安全問題的有效措施。然而，材料光學(xué)性質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)控往往意味著其它實(shí)用性能（如強(qiáng)度、耐候性等）的大幅損失，使其難以在嚴(yán)苛的戶外場景中長期服役。因此，如何通過合理的設(shè)計(jì)以平衡材料的光學(xué)性質(zhì)和其它實(shí)用性能，成為PDRC邁向戶外真正應(yīng)用的難題之一。


  近日，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院傅強(qiáng)/鄧華教授團(tuán)隊(duì)利用“溶劑交換-二次質(zhì)子化”策略，構(gòu)筑了一種基于芳綸納米纖維（ANFs）樹枝狀膠體和云母/二氧化鈦（Mica@TiO2）核殼散射體的層狀PDRC薄膜（AMTA）。通過對ANFs多步質(zhì)子化過程的精確調(diào)控，其呈現(xiàn)出高度支化的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可穩(wěn)定負(fù)載高含量的片狀Mica@TiO2核殼散射體，并快速誘導(dǎo)層狀結(jié)構(gòu)成型，賦予其超過100 MPa的力學(xué)強(qiáng)度。與此同時(shí)，核殼散射體在光學(xué)模擬中也呈現(xiàn)出更強(qiáng)的散射效率因子，尤其是背向散射，它連同其它折射率差異界面處的散射行為（如孔隙界面）共同促進(jìn)了PDRC材料的太陽光反射率（> 90%），并在實(shí)際戶外制冷測試中實(shí)現(xiàn)日間降溫3-4 ℃，夜晚降溫6-7 ℃。此外，依賴于各組分本征的優(yōu)異性質(zhì)，該設(shè)計(jì)還集成了絕緣、紫外耐候、耐高溫、耐刮擦等綜合實(shí)用性能，有望進(jìn)一步應(yīng)用于車衣、手機(jī)、電纜熱管理防護(hù)等領(lǐng)域，為PDRC技術(shù)在戶外場景中的持久服役提供了潛在可能。該工作以“Thin lamellar films with enhanced mechanical properties for durable radiative cooling”為題發(fā)表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 2023, 14, 6129）。文章第一作者是四川大學(xué)碩士研究生熊聯(lián)虎。該研究得到國家科學(xué)技術(shù)部（重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃）的資金支持。 


圖1. AMTA制備示意圖及相關(guān)微納結(jié)構(gòu) 


圖2. 機(jī)械性能及增韌機(jī)理 


圖3. 光學(xué)性質(zhì)及散射機(jī)理 


圖4. 制冷性能及潛在應(yīng)用展示


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于功能高分子復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能網(wǎng)絡(luò)調(diào)控相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。針對傳統(tǒng)加工方法難以精準(zhǔn)調(diào)控聚合物-填料形貌網(wǎng)絡(luò)及其界面相互作用等問題，團(tuán)隊(duì)提出和發(fā)展了一種普適、通用的功能高分子復(fù)合材料加工新策略-湍流剪切沉淀。該方法已被證實(shí)在多個(gè)功能材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，包括濕氣誘導(dǎo)發(fā)電（Energy Environ. Sci. 2023, 16, 3600; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210027; Nano Energy 2022, 98, 107241; Chem. Eng. J. 2022, 438, 135659），輻射制冷（Nat. Commun. 2023, 14, 6129），可拉伸導(dǎo)體（Adv. Funct. Mater. 2023, 2308799），海水淡化(Mater. Horiz. 2023; J. Mater. Chem. A, 2023, 11, 7711; ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 3882)和柔性熱電/電熱裝置(Composites Part B 2023, 252, 110512; ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 10947)等。通過對功能材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和填料網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，團(tuán)隊(duì)致力于解決當(dāng)今社會(huì)面臨的重大問題，助力實(shí)現(xiàn)“碳中和”以及可持續(xù)能源發(fā)展。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41797-3

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