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四川大學傅強/鄧華教授團隊《Nat. Commun.》：面向戶外應用的高強、高耐候輻射制冷薄膜

2023-10-12 來源：高分子科技

被動日間輻射制冷技術（PDRC）通過調節物體在太陽光譜下的反射率和大氣窗口下的發射率以實現戶外的簡單高效制冷，被認為是解決由夏季極端高溫天氣所引起的能源、環境和安全問題的有效措施。然而，材料光學性質的精準調控往往意味著其它實用性能（如強度、耐候性等）的大幅損失，使其難以在嚴苛的戶外場景中長期服役。因此，如何通過合理的設計以平衡材料的光學性質和其它實用性能，成為PDRC邁向戶外真正應用的難題之一。

近日，四川大學高分子科學與工程學院傅強/鄧華教授團隊利用“溶劑交換-二次質子化”策略，構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多步質子化過程的精確調控，其呈現出高度支化的三維網絡結構，可穩定負載高含量的片狀Mica@TiO₂核殼散射體，并快速誘導層狀結構成型，賦予其超過100 MPa的力學強度。與此同時，核殼散射體在光學模擬中也呈現出更強的散射效率因子，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）共同促進了PDRC材料的太陽光反射率（> 90%），并在實際戶外制冷測試中實現日間降溫3-4 ℃，夜晚降溫6-7 ℃。此外，依賴于各組分本征的優異性質，該設計還集成了絕緣、紫外耐候、耐高溫、耐刮擦等綜合實用性能，有望進一步應用于車衣、手機、電纜熱管理防護等領域，為PDRC技術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”為題發表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 2023, 14, 6129）。文章第一作者是四川大學碩士研究生熊聯虎。該研究得到國家科學技術部（重點研發計劃）的資金支持。

圖1. AMTA制備示意圖及相關微納結構

圖2. 機械性能及增韌機理

圖3. 光學性質及散射機理

圖4. 制冷性能及潛在應用展示

該工作是團隊近期關于功能高分子復合材料結構設計和功能網絡調控相關研究的最新進展之一。針對傳統加工方法難以精準調控聚合物-填料形貌網絡及其界面相互作用等問題，團隊提出和發展了一種普適、通用的功能高分子復合材料加工新策略-湍流剪切沉淀。該方法已被證實在多個功能材料領域具有廣闊的應用前景，包括濕氣誘導發電（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。通過對功能材料進行結構設計和填料網絡調控，團隊致力于解決當今社會面臨的重大問題，助力實現“碳中和”以及可持續能源發展。

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

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（責任編輯：xu）

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