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華南理工孫大文院士課題組 CEJ:高度纏結(jié)水凝膠基于日間輻射/蒸發(fā)制冷與夜間大氣補水耦合效應(yīng)實現(xiàn)可持續(xù)日間被動式制冷
2023-12-08  來源:高分子科技

  在過去的一個世紀(jì)里,機械蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)為人類的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑和交通運輸中提供了極大的發(fā)展,但它依賴燃煤和燃?xì)獍l(fā)電,導(dǎo)致了能源短缺與溫室氣體排放。至2022年,制冷約占全球二氧化碳排放增量的13% 。由于人為溫室氣體的排放,全球氣溫不斷升高,威脅著人類的生存環(huán)境。因此,開發(fā)零能耗、零排放的制冷技術(shù)迫在眉睫。


圖1. 基于日間輻射/蒸發(fā)制冷與夜間大氣補水耦合效應(yīng)的水凝膠實現(xiàn)可持續(xù)日間被動制冷示意圖。


  近期,華南理工大學(xué)現(xiàn)代食品工程研究中心孫大文院士團隊提出了一種具有日間輻射制冷、蒸發(fā)制冷與大氣水分收集耦合效應(yīng)的高度纏結(jié)水凝膠,用于可持續(xù)的日間被動式制冷。高度纏結(jié)水凝膠的拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力分別比傳統(tǒng)水凝膠提升了18倍和9倍。隨著吸濕劑載入量的增加,水凝膠的吸濕性增強,但蒸發(fā)制冷效果減弱,說明強吸濕性和有效蒸發(fā)制冷的設(shè)計是沖突的,因此制冷器需要精準(zhǔn)設(shè)計來平衡日間蒸發(fā)和夜間補水。雖然水凝膠的制冷能力受到太陽輻射的影響,但將日間輻射制冷與蒸發(fā)制冷相耦合可以實現(xiàn)在太陽輻射下的降溫,并且吸濕效應(yīng)利于水凝膠在夜間補充水分以確保下一次蒸發(fā)制冷的進行。此外,水凝膠的吸濕劑濃度在蒸發(fā)和補水過程中是動態(tài)變化的,解釋了蒸發(fā)制冷效率變化的原因,表明吸濕劑濃度的變化對蒸發(fā)制冷性能和吸濕性能起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。室內(nèi)與室外實驗結(jié)果表明,吸濕劑載入比為2.47的水凝膠在第一天的制冷性能最好,但由于缺水,隨后幾天的制冷性能有所下降,而吸濕劑載入比為3.69的水凝膠在整個實驗過程中制冷性能穩(wěn)定,這是由于水分含量在白天蒸發(fā)與夜間補水是完美匹配的。本研究期望為開發(fā)可持續(xù)的日間被動制冷技術(shù)提供了一種新的途徑。該工作以“Self-Rehydrating and Highly Entangled Hydrogel for Sustainable Daytime Passive Cooling”為題,發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上(DOI:10.1016/j.cej.2023.147795),華南理工大學(xué)孫大文院士為本文唯一通訊作者,華南理工大學(xué)博士生徐亮為第一作者。

 

圖2. 高度纏結(jié)水凝膠合成示意圖。

 

圖3. 制冷性能與補水性能測試。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147795


專家簡介:


孫大文(Da-Wen Sun),男,廣東省潮州人,歐洲歷史上唯一的華僑華人“六院院士” ,中國致公黨第十四/十五屆中央委員,中國僑聯(lián)特聘專家,國務(wù)院僑務(wù)辦公室專家咨詢委員會委員,全國政協(xié)特邀海外列席代表和海外列席組召集人(2012)。歐洲科學(xué)院(歐洲人文和自然科學(xué)院)(Academia Europaea)院士,愛爾蘭皇家科學(xué)院(Royal Irish Academy)院士,波蘭科學(xué)院(Polska Akademia Nauk)外籍院士,國際食品科學(xué)院(IAFoST)院士,國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程科學(xué)院(iAABE)院士,國際制冷科學(xué)院院士。施普林格國際著名期刊《食品與生物加工技術(shù)》(Food and Bioprocess Technology)創(chuàng)刊者和主編(2008年創(chuàng)刊即為SCI收錄,第二年進入SCI一區(qū), 現(xiàn)影響因子=5.8)、泰勒弗朗西斯集團《現(xiàn)代食品工程》 (Contemporary Food Engineering) 系列叢書創(chuàng)始主編、國際農(nóng)業(yè)工程委員會(CIGR)主席(2013-2014)和榮譽主席、國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程科學(xué)院(iAABE)創(chuàng)院院長,F(xiàn)任華南理工大學(xué)教授,博導(dǎo),現(xiàn)代食品工程研究中心主任;廣東省農(nóng)產(chǎn)品智能冷鏈物流裝備工程實驗室主任、廣東省冷鏈?zhǔn)称分悄芨兄c過程控制工程技術(shù)研究中心主任、廣東省現(xiàn)代食品工程國際科技合作基地主任、廣東省食品智能質(zhì)控與過程技術(shù)裝備國際暨港澳臺合作創(chuàng)新平臺主任、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(農(nóng)產(chǎn)品無損檢測及精深加工)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心主任、廣東省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)智能感知與精準(zhǔn)控制現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心主任、廣東省農(nóng)產(chǎn)品保鮮物流共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新團隊首席科學(xué)家、廣州市農(nóng)產(chǎn)品智能感知與品質(zhì)控制重點實驗室主任;愛爾蘭國立都柏林大學(xué)(UCD)食品和生物系統(tǒng)工程終身教授。


榮獲國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程委員會(CIGR)杰出獎,英國皇家機械工程師學(xué)會“食品工程師年度人物”,鳳凰衛(wèi)視“影響世界華人大獎”,國際食品保護協(xié)會“冷凍食品基金會冷凍研究獎”,國際工程與食品協(xié)會終身成就獎,“CIGR榮譽主席”等多項國際大獎,2015年至2023年連續(xù)九年榮獲科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”稱號,并位居美國斯坦福大學(xué)“全球前2%科學(xué)家”排名中國食品科學(xué)與工程入選的三百多位學(xué)者名單的第一位。


在世界著名雜志和國際會議上共發(fā)表了1000多篇論文,其中,以通訊作者發(fā)表并被SCI收錄的期刊論文超過700篇,出版專著17部,Web of Science統(tǒng)計的學(xué)術(shù)h指數(shù)為119,SCOPUS統(tǒng)計的學(xué)術(shù)h指數(shù)為129,Google Scholar 統(tǒng)計的學(xué)術(shù)h指數(shù)為152。特別是在高光譜成像、計算機視覺、真空冷卻、超聲波輔助冷凍和CFD模擬等方面的論文已經(jīng)成為其他研究者的經(jīng)典參考文獻。71篇論文入選ESI農(nóng)學(xué)“高被引論文”,全球排名第一位(2020.01)。


2011年底起回到華南理工大學(xué)工作以來,迄今為止(2023年07月)在Web of Science網(wǎng)站上可以檢索到的文章中,共有342篇是以華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院作為第一作者單位的論文,其中高被引論文50篇,JCR一區(qū)論文285篇,影響因子大于6的131篇。高被引論文數(shù)占華南理工大學(xué)全校和食品科學(xué)與工程學(xué)院的比例分別為11%和70%。其中2篇入選中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文,為華南理工大學(xué)唯一入選的兩篇論文。


主持國家“十二五”科技支撐計劃項目,國家“十三五”重點研發(fā)專項,國家國際科技合作專項,國家自然科學(xué)基金,東西部合作重大項目,廣東省科技廳,農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳,教育廳等科技計劃項目,廣州市科技計劃項目,企業(yè)合作項目等四十多項。授權(quán)中國發(fā)明專利77件,美英日等發(fā)明專利10件,申請國際PCT專利9項。2019年至2022年連續(xù)四年每年培養(yǎng)科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”2人。榮獲2014年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎一等獎(排名第二),2016年度教育部科技進步獎二等獎(排名第一),2016年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎三等獎(排名第一), 2018年度中國輕工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎(排名第二),2018年度廣東省科技進步獎一等獎(排名第一),2020年度安徽省科技進步獎二等獎(排名第三)。

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