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陕西科技大学薛朝华教授团队《JMCA》:多重仿生自清洁无能耗降温涂层薄膜,中国塑料网,vlevle.com
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陕西科技大学薛朝华教授团队《JMCA》:多重仿生自清洁无能耗降温涂层薄膜
2021年11月05日    阅读量:     新闻来源:中国塑料网 vlevle.com  |  投稿

近年来,全球变暖问题日益严峻,传统冷却技术带来的能源消耗及温室效应不断加剧。辐射降温材料是一种零能耗的冷却技术,即使在太阳直射下仍能保持低于环境温度而不消耗能量,展现出优异的降温效果,从而成为能源环境致冷材料研究领域的一个关注热点。该材料的降温原理主要利用材料的高太阳光反射特性以及高中红外发射特性,即可在白天最大程度地反射太阳光,并通过8~13 μm之间的“大气透明窗口”最大程度地将热量以电磁波的方式发射到寒冷的外太空,从而实现即使在太阳直射下也能使材料的温度远低于环境温度中国塑料网vlevle.com。然而,该类材料在户外实际应用中经长时间的雨水冲刷、灰尘积淀或微生物滋生之后,其降温效果会大幅下降。


为解决上述问题,陕西科技大学薛朝华教授团队与香港城市大学王钻开教授课题组合作开展研究,并在国际期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Multi-bioinspired self-cleaning energy-free cooling coatings”的论文,文章入选为 “Journal of Materials Chemistry A Hot Papers”。该工作基于多重仿生思想,仿白金龟甲虫超白结构色外观、撒哈拉银蚁辐射降温性能及天然荷叶表面自清洁效应(图1),采用非溶剂诱导相分离法使聚偏氟乙烯-共-六氟丙烯/聚二甲基硅氧烷(PVDF-HFP/PDMS)复合聚合物形成具有微/纳双重粗糙结构的三维多孔薄膜材料。利用PVDF-HFP和PDMS在中红外区(8-13 μm)的高发射特性和膜材料内部多孔结构所提供的高反射率,结合P(VDF-HFP)和PDMS的低表面能性质和薄膜材料表面的微/纳粗糙结构赋予材料表面超疏水性能,使材料兼具辐射自降温和自清洁功能。

陕西科技大学薛朝华教授团队《JMCA》:多重仿生自清洁无能耗降温涂层薄膜 中国塑料网,vlevle.com

图1. 多重仿生超疏水辐射降温薄膜的设计策略

所制备薄膜的内部多孔结构及表面微/纳粗糙结构协同作用,使得材料的太阳光反射率高达96.5%,热红外(8-13 μm)发射率高达94.3%,其在日光直射下并且无空气对流和热传导的条件下比周围环境温度低13.8°C;薄膜表面的水滴接触角高达162.3°,滚动角低至2.0°,具有优异的防污和自清洁性能(图2)。材料放置室外一个月仍能保持优异的辐射降温性能,有效地保障了降温效果的持久性。

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图2. 薄膜的结构及其超疏水性能和光学性能的表征

该工作致力于研究可长期应用于户外的自清洁辐射制冷材料。通过对聚合物材料的内部及表面微观结构进行调控实现了辐射降温性能和超疏水性能的协同共存,极大地延长了辐射降温材料的使用寿命,并且该材料的制备可通过溶液浇筑或涂布的方式进行大面积生产,有望为节约能源和保护环境提供有效的解决方案,推动辐射制冷材料研究迈向户外实际应用。本课题得到了国家自然科学基金、博士后科研基金和陕西省自然科学基金等项目的支持。


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