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鄭州大學(xué)申長(zhǎng)雨院士和劉春太教授團(tuán)隊(duì) AFM：超疏水立構(gòu)復(fù)合聚乳酸多孔材料構(gòu)筑及其輻射制冷應(yīng)用研究
2022-09-10  來(lái)源：高分子科技

  傳統(tǒng)的制冷設(shè)備在制冷過(guò)程中不僅會(huì)消耗大量的能源，還會(huì)帶來(lái)額外的熱消耗，進(jìn)一步加劇城市熱島效應(yīng)和能源危機(jī)。近年來(lái)，輻射制冷作為一種零能源消耗的制冷技術(shù)得到廣泛關(guān)注。但是其大規(guī)模應(yīng)用后必將面臨像白色污染一樣的環(huán)境問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)一種具有環(huán)保輻射制冷材料迫在眉睫。


  近期，鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心申長(zhǎng)雨院士和劉春太教授團(tuán)隊(duì)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(dǎo)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(chǔ)上，將多級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與立構(gòu)復(fù)合晶（Sc）相結(jié)合，成功構(gòu)筑了具有微納多級(jí)結(jié)構(gòu)和高Sc含量的超疏水聚乳酸多孔材料（Sc-PLA）。最優(yōu)多孔材料（L-D-2）的太陽(yáng)光反射率可達(dá)89%、紅外熱發(fā)射率高達(dá)93%，能在白天實(shí)現(xiàn)3.5℃，夜晚5.8℃的制冷效果。同時(shí)，其極低的導(dǎo)熱系數(shù)（37 mW m-1K-1）能有效降低熱傳導(dǎo)，進(jìn)一步優(yōu)化制冷效果。相關(guān)成果近期以“Hierarchically Superhydrophobic Stereo-Complex Poly(Lactic Acid) Aerogel for Daytime Radiative Cooling”為題發(fā)表在材料期刊《Advanced Functional Materials》上。文章第一學(xué)生作者為鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心2020級(jí)碩士研究生張明濤。


  高的紅外發(fā)射率和太陽(yáng)光反射率是實(shí)現(xiàn)輻射制冷的關(guān)鍵。課題組設(shè)計(jì)的L-D-2擁有著高達(dá)92.49%的發(fā)射率，能有效地將熱量傳遞到深空中（圖1a）；此外，模擬研究發(fā)現(xiàn)孔徑分布在500nm-6μm時(shí)，能充分反射太陽(yáng)光（圖1b），因此L-D-2能反射掉89%的太陽(yáng)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(dǎo)率（37 mW m-1K-1），能有效避免來(lái)自外界的熱傳遞（圖1c）。與其他保溫或輻射制冷材料進(jìn)行比較，L-D-2兼具低導(dǎo)熱系數(shù)和高的太陽(yáng)光反射率（圖1e）。在節(jié)省能源方面的表現(xiàn)，L-D-2也可圈可點(diǎn)（圖1f）。 


圖1. 樣品的基本性能


  由于PLA本身所具備的高紅外發(fā)射率，所有PLA氣凝膠均實(shí)現(xiàn)了4-6℃的降溫效果（圖2b）。然而隨著太陽(yáng)光照射所帶來(lái)的能量輸入，除L-D-2實(shí)現(xiàn)日間輻射制冷效果外，其余樣品溫度均高于環(huán)境溫度（圖2e）。高的紅外發(fā)射率和太陽(yáng)光反射率使得L-D-2在白天的冷卻功率能夠達(dá)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(zé)任編輯：xu）
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