鄭大《AFM》：一種用于日間輻射制冷的超疏水氣凝膠！

　　空調(diào)、冰箱等傳統(tǒng)制冷設(shè)備在制冷過(guò)程中消耗大量能源和資源，并伴有額外熱效應(yīng)的產(chǎn)生，產(chǎn)生溫室效應(yīng)和城市熱島效應(yīng)。因此，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，具有凈制冷能力的資源節(jié)約型和生態(tài)友好型方法成為當(dāng)務(wù)之急。被動(dòng)輻射冷卻是一種零能量輸入冷卻技術(shù)，通過(guò)將輻射熱流從地球上的物體傳遞到外層空間，因此被認(rèn)為是傳統(tǒng)冷卻技術(shù)的可持續(xù)替代品。因此，具有被動(dòng)冷卻能力的材料揭示了節(jié)能領(lǐng)域的有吸引力的未來(lái)。被動(dòng)輻射冷卻技術(shù)提供了一種可持續(xù)的冷卻方式，它是通過(guò)向寒冷的宇宙發(fā)射熱量和反射太陽(yáng)光相結(jié)合的技術(shù)，其不需要任何能量輸入。然而，不可降解的輻射制冷材料的大量消耗造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。同時(shí)，室外環(huán)境中的污垢污染很容易影響冷卻效率。

　　來(lái)自鄭州大學(xué)的學(xué)者將仿生層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與立體復(fù)合晶體相結(jié)合，通過(guò)一種簡(jiǎn)單的水輔助熱致相分離方法，制備了一種具有低導(dǎo)熱系數(shù)(37 mW m-1K-1)、高壓縮強(qiáng)度(0.1 MPa)和自清潔能力的可降解超疏水(152°)立體復(fù)合聚乳酸氣凝膠。最佳氣凝膠具有高太陽(yáng)光反射率(89%)和強(qiáng)紅外發(fā)射率(93%)，白天降溫3.5℃，夜間降溫5.8℃。這種氣凝膠為輻射冷卻應(yīng)用開辟了一條環(huán)境可持續(xù)的途徑。相關(guān)文章以“Hierarchically Superhydrophobic Stereo-Complex Poly (Lactic Acid) Aerogel for Daytime Radiative Cooling”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

圖1.a) S_C-PLA氣凝膠的制備過(guò)程;b) S_C-PLA氣凝膠冷卻過(guò)程中微納結(jié)構(gòu)形成示意圖。c) PLLA, d) L-D, e) L-D-2, f) L-D-4氣凝膠的1、2)SEM圖像和3)相應(yīng)的孔徑分布。

圖2.a) WAXD曲線，b) DSC曲線，c)計(jì)算出的H_C和S_C結(jié)晶度，d) TGA曲線，e) PLA氣凝膠的溫度-粘度圖。f)不同體積水對(duì)PLLA/PDLA結(jié)晶行為的示意圖描述。g)循環(huán)1次和100次后PLA氣凝膠的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。h)各循環(huán)下的最大應(yīng)力。i)不同循環(huán)后PLA氣凝膠的機(jī)械遲滯。

圖3.a) PLA氣凝膠的反射率和發(fā)射率譜。b)孔隙對(duì)入射陽(yáng)光散射效率的理論分析。c) PLA氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)和孔隙率。d) PLA氣凝膠的熱紅外圖像。e) L-D-2氣凝膠與其他冷卻器和絕緣體的比較。

圖4.a)以L-D-2和PLLA氣凝膠為例，在隔熱泡沫箱中測(cè)量輻射冷卻示意圖。對(duì)中國(guó)鄭州b)夜間(2022年4月20日至21日)和c)白天(2022年4月21日)次環(huán)境冷卻性能測(cè)試的溫度測(cè)量。提取d)夜間和e)白天的溫差。估計(jì)冷卻功率作為f)夜間和g)白天溫差的函數(shù)。

圖5.a) PLA氣凝膠和b) L-D-2氣凝膠在不同溶液下的水接觸角。c)以高錳酸鉀為污染物的PLLA和L-D-2氣凝膠的自清潔試驗(yàn)。d)雨水或水沖刷PLA氣凝膠上的污垢示意圖。e)被污物污染的L-D-2氣凝膠(dirt)、被污物水清洗的L-D-2氣凝膠(cleaned)和未經(jīng)處理的L-D-2氣凝膠(Original)的亞環(huán)境冷卻性能試驗(yàn)

　　總之，本研究成功地制備了一種仿生環(huán)保冷卻器，它將優(yōu)異的光學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、獨(dú)特的壓縮強(qiáng)度和自清潔性能結(jié)合在一個(gè)設(shè)計(jì)中。除了強(qiáng)熱發(fā)射率（93%）外，L-D-2氣凝膠還具有有序的微納結(jié)構(gòu)，可提供高太陽(yáng)光反射（89%）和出色的TC（37 mW m-1K-1），可以有效抑制較熱的周圍寄生熱增益。使用L-D-2氣凝膠，本研究證明了白天溫度下降3.5℃，夜間溫度下降5.8℃。高 Sc含量 （24%）和壓縮性能 （0.1 MPa） 帶來(lái)的出色熱穩(wěn)定性增強(qiáng)了氣凝膠在戶外應(yīng)用中的耐用性。此外，高WCA（152°）帶來(lái)的自清潔性能不僅可以使氣凝膠遠(yuǎn)離水和污垢污染，還可以使氣凝膠保持良好的輻射冷卻效果。本研究相信這種方法展示了一種實(shí)用有效的解決方案，以綠色和可持續(xù)的方式降低溫度和節(jié)約能源。（文：SSC）

　　注：本文來(lái)自微信公眾號(hào)“材料科學(xué)與工程”。轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系，未經(jīng)許可謝絕轉(zhuǎn)載至其他網(wǎng)站。