作者:叶满山 倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2023/4/9 20:27:43
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节能降碳!辐射制冷技术新材料研究获新进展

 

在全球变暖和国家“双碳”战略背景下,清洁能源材料与节能降碳技术具有极为重要的战略意义。近日,中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室低碳能源材料组高祥虎研究员团队通过热诱导相分离技术制备了一种具有3D多孔结构的介电/聚合物复合薄膜材料,实现了具有优异光谱选择性的辐射制冷材料。相关成果发表于《材料化学杂志》(Journal of Materials Chemistry A)。

“辐射制冷的研究来源于自然界中生活在炎热沙漠的银蚁。撒哈拉银蚁通过自身独特的‘毛衣’,可以有效减弱环境空气向它对流传热,降低体表温度。”中国科学院兰州化学物理研究所研究员高祥虎告诉《中国科学报》,银蚁的银发具有三角形截面,这种三角形截面的毛发相当于反射涂层,可将大部分太阳光反射。同时,这种毛发结构在热辐射的红外波段却是高发射率的,而这个波段正好是银蚁向外热辐射的波段,这样既减少了吸收太阳光的热量,又散掉了自己身上的热量。而聚合物复合薄膜材料就类似于银蚁的“毛衣”,也是目前为止较为优越的辐射制冷材料。

高祥虎介绍,如何做到辐射制冷与太阳能吸收完全相反,一方面需要在可见光红外线波段具有更高的反射率,另一方面要在8至13微米附近的波段有更高的吸收率。在研制过程中,团队通过选择在红外大气窗口具有振动峰的官能团来匹配相应的聚合物。至于无机介电粒子,则使用第一性原理计算来预测粒子的全光谱光学常数。以氧化铝/聚偏氟乙烯-六氟丙烯为原材料,采用相分离方法制备了分层多孔复合薄膜材料。此外,该材料在防冰融化的测试中展现出优异的降温效果。在~760瓦每平方米的太阳辐照度下照射2个小时,具有复合材料遮盖的冰块状态没有明显变化,与自然状态相比,该方法能使冰融化速率降低四倍。同时,该复合材料还具有优异机械性能和自清洁性能。经过30多天的紫外照射,该复合材料仍保持优异的光学性能。

据了解,该3D多孔介电/聚合物复合薄膜材料具有良好的光谱选择性、机械强度、耐候性,结构简单,易于制备等优点,可用于大型石油储存罐,大型电力设备,建筑物屋顶制冷等诸多领域,在辐射制冷的规模化生产和实际应用等方面具有重要意义,在促进“碳中和”中展现出广阔前景。

相关论文信息:https://doi.org/10.1039/D2TA07453B

 

 
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