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陜科大王學(xué)川/劉新華 Small:自適應(yīng)多重響應(yīng)熱致變色水凝膠用于節(jié)能智能窗和可穿戴溫度傳感
2023-09-03  來(lái)源:高分子科技

  近日,陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川、劉新華等報(bào)道了一種用于節(jié)能智能窗及可穿戴溫度傳感的自適應(yīng)多重響應(yīng)熱致變色水凝膠。該熱致變色水凝膠具有優(yōu)異的可見(jiàn)光透明度(~95.2%)和太陽(yáng)光調(diào)制能力~57.2%,同時(shí)表現(xiàn)出對(duì)溫度、pH的雙重響應(yīng)性。同時(shí),良好的導(dǎo)電性也在一定程度上拓寬了該水凝膠的應(yīng)用范圍。多項(xiàng)應(yīng)用測(cè)試中該熱致變色水凝膠均表現(xiàn)出優(yōu)異的溫度響應(yīng)及熱管理性能,顯示出廣闊的應(yīng)用前景及巨大的節(jié)能潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際材料領(lǐng)域著名期刊Small上。



1 PHC-Gel水凝膠作用機(jī)理及應(yīng)用


  據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),每年建筑能耗約占總能耗的40%,同時(shí)極端天氣下室內(nèi)溫度的可控性對(duì)人們來(lái)說(shuō)也是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。因此,具有太陽(yáng)光調(diào)制能力的智能窗引起了研究者們的廣泛關(guān)注。然而,大多數(shù)新興的智能窗材料或多或少存在低溫下透明度低、相變溫度高、應(yīng)用領(lǐng)域局限等缺點(diǎn)。因此,開(kāi)發(fā)光學(xué)性能優(yōu)異及應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的熱致變色水凝膠已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。基于此,本研究以明膠、PNIPAM、HPC 和 CMC為原料,通過(guò)簡(jiǎn)單的“一鍋法”制備了一種具有溫度和 pH 雙重響應(yīng)的自適應(yīng)熱致變色水凝膠(PHC-Gel)。PHC-Gel水凝膠具有優(yōu)異的可見(jiàn)光透射率(~ 95.2%)和良好的太陽(yáng)光調(diào)節(jié)能力(~ 57.2%)。與此同時(shí),PHC-Gel的低臨界溶解溫度(LCST)也可在20 ℃~35 ℃ 的溫度范圍內(nèi)自由調(diào)控。


  此外,PHC-Gel水凝膠還表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能、導(dǎo)電性和溫度響應(yīng)性,實(shí)際升-降溫測(cè)試中,也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。同時(shí),亞環(huán)境下進(jìn)行了智能窗輻射冷卻性能的測(cè)試,結(jié)果顯示與普通雙層玻璃相比,相變后的PHC-Gel智能窗溫度降低了~ 4℃,節(jié)能效果顯著。進(jìn)一步進(jìn)行了不同應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè)試,均取得了良好的測(cè)試結(jié)果。綜合表明PHC-Gel熱致變色水凝膠具有優(yōu)異的溫度響應(yīng)及熱管理性能,在節(jié)能智能窗、可穿戴溫度傳感、嬰兒體溫監(jiān)測(cè)及熱管理等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。 


2 PHC-Gel水凝膠制備及相關(guān)表征 


3 PHC-Gel水凝膠光學(xué)、熱力學(xué)和穩(wěn)定性測(cè)試 


4 PHC-Gel水凝膠多應(yīng)用場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果


  相關(guān)成果以“Engineering Self-adaptive Multi-response Thermochromic Hydrogel for Energy-saving Smart Windows and Wearable Temperature- sensing”為題發(fā)表在SmallDOI: 10.1002/smll.202304321)上。陜西科技大學(xué)博士生謝龍為本論文的第一作者,通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院王學(xué)川教授和劉新華副教授。感謝感謝國(guó)家自然科學(xué)基金(2207081675、22278257),陜西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2022GY-272),陜西省科協(xié)青年人才支撐計(jì)劃項(xiàng)目20200424,教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合創(chuàng)新基金- 2018年度藍(lán)火計(jì)劃(惠州)”項(xiàng)目CXZJHZ201801 和中國(guó)博士后基金項(xiàng)目(2021M692000)等對(duì)本工作的大力支持!


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/smll.202304321

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