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鄭州大學申長雨院士和劉春太教授團隊 AFM：超疏水立構復合聚乳酸多孔材料構筑及其輻射制冷應用研究

2022-09-10 來源：高分子科技

傳統的制冷設備在制冷過程中不僅會消耗大量的能源，還會帶來額外的熱消耗，進一步加劇城市熱島效應和能源危機。近年來，輻射制冷作為一種零能源消耗的制冷技術得到廣泛關注。但是其大規模應用后必將面臨像白色污染一樣的環境問題。因此，設計一種具有環保輻射制冷材料迫在眉睫。

近期，鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心申長雨院士和劉春太教授團隊的劉憲虎博士和潘亞敏博士基于前期提出的水輔助熱致誘導相分離方法（Macromolecular Rapid Communications 2018, 39:1800635; ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11:362; Chinese Chemical Letters, 2020, 31:365; Polymer 2020, 204:122833; Polymer, 2021, 218:123528; Polymer, 2022, 43:124994; Macromolecular Rapid Communications, 2022, 43:200177）的基礎上，將多級結構設計與立構復合晶（Sc）相結合，成功構筑了具有微納多級結構和高Sc含量的超疏水聚乳酸多孔材料（Sc-PLA）。最優多孔材料（L-D-2）的太陽光反射率可達89%、紅外熱發射率高達93%，能在白天實現3.5℃，夜晚5.8℃的制冷效果。同時，其極低的導熱系數（37 mW m^-1K^-1）能有效降低熱傳導，進一步優化制冷效果。相關成果近期以“Hierarchically Superhydrophobic Stereo-Complex Poly(Lactic Acid) Aerogel for Daytime Radiative Cooling”為題發表在材料期刊《Advanced Functional Materials》上。文章第一學生作者為鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心2020級碩士研究生張明濤。

高的紅外發射率和太陽光反射率是實現輻射制冷的關鍵。課題組設計的L-D-2擁有著高達92.49%的發射率，能有效地將熱量傳遞到深空中（圖1a）；此外，模擬研究發現孔徑分布在500nm-6μm時，能充分反射太陽光（圖1b），因此L-D-2能反射掉89%的太陽光，避免了熱量的聚集。Sc-PLA還擁有著出色的隔熱效果，極低的熱導率（37 mW m^-1K^-1），能有效避免來自外界的熱傳遞（圖1c）。與其他保溫或輻射制冷材料進行比較，L-D-2兼具低導熱系數和高的太陽光反射率（圖1e）。在節省能源方面的表現，L-D-2也可圈可點（圖1f）。

圖1. 樣品的基本性能

由于PLA本身所具備的高紅外發射率，所有PLA氣凝膠均實現了4-6℃的降溫效果（圖2b）。然而隨著太陽光照射所帶來的能量輸入，除L-D-2實現日間輻射制冷效果外，其余樣品溫度均高于環境溫度（圖2e）。高的紅外發射率和太陽光反射率使得L-D-2在白天的冷卻功率能夠達到55 W m^?2（圖2g）。

圖2. 樣品的輻射冷卻性能

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202207414

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（責任編輯：xu）

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