国产精品日日摸夜夜添夜夜添无码_亚洲国产成人精品无码区99_蜜桃秘做爰免费网站_国产一区二区不卡视频_精品人人槡人妻人人玩_色777狠狠狠综合伊人_日日夜夜嫩草_国产精品无码久久久_国产精品无码久久久久av_五月天堂婷婷爱_久草资免费资源_羞羞答答综合网_又湿又紧又爽视频免费软件_每日更新日韩精品_欧美精品18videosex性欧_橙人精品在线观看

搜索:  
鄭州大學(xué)王建峰/王萬杰 ACS Nano:具有珊瑚狀多層次結(jié)構(gòu)的雙模式輻射制冷/加熱多孔聚合物薄膜
2023-01-17  來源:高分子科技

  制冷和供暖消耗的能源約占世界總能源消耗的一半,且在未來30年內(nèi)制冷和供暖能耗預(yù)計還將分別增加83%79%。常用的空調(diào)和集中供暖等傳統(tǒng)熱管理技術(shù)中,大面積的空間和無生命特征物體作為制冷/加熱對象消耗了大量能量,是一種嚴重的能源浪費,加劇了全球能源和生態(tài)危機。采用綠色可持續(xù)的制冷/加熱等熱管理技術(shù)對于緩解能源危機和減少溫室氣體排放至關(guān)重要。輻射熱管理,特別是不需要額外能量輸入的被動輻射制冷和被動輻射加熱,近幾年受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。被動輻射制冷通過大氣窗口(波長8-13 μm)將地表熱輻射傳輸?shù)胶渫鈱涌臻g(~ 3 K),而對于全時段(尤其白天)被動輻射制冷材料而言,大氣窗口內(nèi)的高發(fā)射率和太陽光譜內(nèi)(波長0.3-2.5 μm)的高反射率是實現(xiàn)有效輻射制冷性能的關(guān)鍵。另外,被動輻射加熱通;诘图t外發(fā)射(高紅外反射)材料反射人體或建筑等發(fā)射的熱輻射來減少熱損耗,實現(xiàn)零能耗的被動輻射加熱。被動輻射制冷/加熱材料已經(jīng)取得很多重要進展,但是目前的被動輻射熱管理材料設(shè)計通常是靜態(tài)的,不適于動態(tài)的季節(jié)和天氣變化,會在寒冷的冬天造成不必要的制冷或在炎熱的夏天導(dǎo)致多余的加熱效果。因此,模式動態(tài)可切換的雙模式(制冷/加熱)被動輻射熱管理材料是實現(xiàn)高效全時段被動輻射制冷/加熱亟待解決的關(guān)鍵問題。


  近日,鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授/王萬杰教授團隊通過相反轉(zhuǎn)法制備了具有豐富多層次珊瑚狀結(jié)構(gòu)的多孔PVDF薄膜,并在薄膜表面修飾MXene涂層,制得具有全時段動態(tài)被動輻射制冷/加熱性能的雙模式PVDF/MXene多孔復(fù)合薄膜。該薄膜的制冷模式側(cè)(多孔PVDF側(cè))太陽光反射率和中紅外發(fā)射率分別達到96.7%96.1%,白天可實現(xiàn)低于環(huán)境溫度9.8°C的制冷效果,理論功率達到107.5 W/m2,夜間制冷效果為11.7°C,理論功率140.7 W/m2。而在MXene加熱模式側(cè),薄膜的紅外發(fā)射率低至11.6%,可實現(xiàn)8.1°C的被動輻射加熱效果。此外,MXene涂層還具有高太陽吸收率(75.7%)和高導(dǎo)電性,賦予加熱側(cè)優(yōu)異的太陽光加熱和焦耳加熱能力。該雙模式薄膜可以通過翻轉(zhuǎn)的形式在制冷和加熱模式之間輕松切換,可以應(yīng)對多種復(fù)雜的制冷/加熱場景,為實現(xiàn)高效全時段動態(tài)被動輻射熱管理提供了一種可行策略。該研究以“Dual-Mode Porous Polymeric Films with Coral-like Hierarchical Structure for All-day Radiative Cooling and Heating”為題發(fā)表在最新一期的《ACS Nano》上(doi.org/10.1021/acsnano.2c07293)。 


1.雙模式輻射制冷/加熱復(fù)合薄膜原理及制備示意圖 


2.雙模式薄膜制冷側(cè)和加熱側(cè)的形貌和紫外-紅外吸收率/發(fā)射率


  作者分別表征雙模式薄膜制冷側(cè)和加熱側(cè)的紫外-紅外光譜反射率和透射率率。結(jié)果表明,多孔PVDF制冷側(cè)的太陽光反射率高達96.7%,大氣窗口發(fā)射率達到96.1%;MXene加熱側(cè)的太陽光吸收率達到75.7%,大氣窗口發(fā)射率為11.6%。 


3. 雙模薄膜的被動輻射制冷性能


  作者通過室外實驗裝置驗證雙模式薄膜的被動輻射制冷能力。結(jié)果表明,雙模式薄膜在制冷模式下表現(xiàn)出優(yōu)異的全時段輻射制冷性能,白天和夜間分別能實現(xiàn)低于環(huán)境溫度9.811.7的制冷效果。此外,通過計算得到雙模式薄膜的理論制冷功率達到107.5 W/m2(白天)和140.7 W/m2(夜間)。 


4.雙模式薄膜的被動輻射加熱性能


  在加熱模式下,通過與純PVDF薄膜和裸露人工皮膚對比,雙模式薄膜加熱側(cè)的輻射加熱溫度達到了40.7,分別比多孔PVDF薄膜和人工皮膚高了5.28.1。覆蓋雙模式薄膜的房屋模型內(nèi)實際溫度比裸露房屋1.2,覆蓋雙模式薄膜的人體手臂溫度比裸皮膚溫度高1.4。 


5.雙模式薄膜的光熱、電熱以及多模式組合加熱性能


  同時,雙模式薄膜加熱側(cè)由于具有較高太陽吸收率、低紅外發(fā)射率和高電導(dǎo)率而表現(xiàn)出優(yōu)異的太陽光加熱和焦耳加熱性能。在光熱實驗中,與其他常見材料相比,雙模式薄膜加熱側(cè)的太陽光加熱溫度最高達到41.2,明顯高于其他材料。此外,施加安全電壓后,雙模式薄膜可被迅速加熱并達到穩(wěn)定的溫度。室內(nèi)外進行的多模式結(jié)合加熱實驗結(jié)果表明,被動輻射加熱、光熱和電熱三種加熱模式可進行自由切換。 


6.室外雙模式薄膜的實際制冷和加熱性能


  作者將雙模式薄膜的制冷側(cè)和加熱側(cè)分別覆蓋在汽車和房屋模型上,研究了室外雙模式薄膜在實物上的實際制冷和加熱能力。結(jié)果表明,在太陽輻照度為600 W/m2時,制冷側(cè)面覆蓋的汽車內(nèi)部平均溫度為17.2,明顯低于裸車(29.0),顯示了薄膜的實際制冷能力。制冷側(cè)覆蓋的房屋模型內(nèi)部平均溫度為13.9,而裸房模型的內(nèi)部平均溫度為18.4,同時,被加熱面覆蓋的房屋模型內(nèi)部溫度為31.3,雙模式薄膜可同時實現(xiàn)4.5的制冷能力和12.9的加熱能力。以上實驗結(jié)果表明,通過翻轉(zhuǎn)雙模式薄膜可實現(xiàn)輻射制冷和加熱模式的動態(tài)轉(zhuǎn)換,在空間/個人/建筑制冷和加熱等實際熱管理場景中具有很大的應(yīng)用潛力。


  該論文共同第一作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院碩士生石夢科、宋子凡倪嘉浩,通訊作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院的王建峰副教授。研究得到國家自然科學(xué)基金、鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年人才創(chuàng)新團隊、中國博士后特別資助/面上基金、河南省重點研發(fā)與推廣專項、高分子材料工程國家重點實驗室開放課題等項目支持。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c07293

版權(quán)與免責(zé)聲明:中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章?锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載,請聯(lián)系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
(責(zé)任編輯:xu)
】【打印】【關(guān)閉

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞