80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
鄭州大學(xué)王建峰/王萬(wàn)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(lái)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(lái)30年內(nèi)制冷和供暖能耗預(yù)計(jì)還將分別增加83%和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(wú)生命特征物體作為制冷/加熱對(duì)象消耗了大量能量，是一種嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，加劇了全球能源和生態(tài)危機(jī)。采用綠色可持續(xù)的制冷/加熱等熱管理技術(shù)對(duì)于緩解能源危機(jī)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(dòng)輻射制冷和被動(dòng)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(dòng)輻射制冷通過(guò)大氣窗口（波長(zhǎng)8-13 μm）將地表熱輻射傳輸?shù)胶渫鈱涌臻g（~ 3 K），而對(duì)于全時(shí)段（尤其白天）被動(dòng)輻射制冷材料而言，大氣窗口內(nèi)的高發(fā)射率和太陽(yáng)光譜內(nèi)（波長(zhǎng)0.3-2.5 μm）的高反射率是實(shí)現(xiàn)有效輻射制冷性能的關(guān)鍵。另外，被動(dòng)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(lái)減少熱損耗，實(shí)現(xiàn)零能耗的被動(dòng)輻射加熱。被動(dòng)輻射制冷/加熱材料已經(jīng)取得很多重要進(jìn)展，但是目前的被動(dòng)輻射熱管理材料設(shè)計(jì)通常是靜態(tài)的，不適于動(dòng)態(tài)的季節(jié)和天氣變化，會(huì)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(dòng)態(tài)可切換的雙模式（制冷/加熱）被動(dòng)輻射熱管理材料是實(shí)現(xiàn)高效全時(shí)段被動(dòng)輻射制冷/加熱亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。


  近日，鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授/王萬(wàn)杰教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(shí)段動(dòng)態(tài)被動(dòng)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(yáng)光反射率和中紅外發(fā)射率分別達(dá)到96.7%和96.1%，白天可實(shí)現(xiàn)低于環(huán)境溫度9.8°C的制冷效果，理論功率達(dá)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(shí)現(xiàn)8.1°C的被動(dòng)輻射加熱效果。此外，MXene涂層還具有高太陽(yáng)吸收率（75.7%）和高導(dǎo)電性，賦予加熱側(cè)優(yōu)異的太陽(yáng)光加熱和焦耳加熱能力。該雙模式薄膜可以通過(guò)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(duì)多種復(fù)雜的制冷/加熱場(chǎng)景，為實(shí)現(xiàn)高效全時(shí)段動(dòng)態(tài)被動(dòng)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）。 


圖1.雙模式輻射制冷/加熱復(fù)合薄膜原理及制備示意圖 


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


  作者分別表征了雙模式薄膜制冷側(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(yáng)光反射率高達(dá)96.7%，大氣窗口發(fā)射率達(dá)到96.1%；MXene加熱側(cè)的太陽(yáng)光吸收率達(dá)到75.7%，大氣窗口發(fā)射率為11.6%。 


圖3. 雙模薄膜的被動(dòng)輻射制冷性能


  作者通過(guò)室外實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證雙模式薄膜的被動(dòng)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(shí)段輻射制冷性能，白天和夜間分別能實(shí)現(xiàn)低于環(huán)境溫度9.8℃和11.7℃的制冷效果。此外，通過(guò)計(jì)算得到雙模式薄膜的理論制冷功率達(dá)到107.5 W/m2（白天）和140.7 W/m2（夜間）。 


圖4.雙模式薄膜的被動(dòng)輻射加熱性能


  在加熱模式下，通過(guò)與純PVDF薄膜和裸露人工皮膚對(duì)比，雙模式薄膜加熱側(cè)的輻射加熱溫度達(dá)到了40.7℃，分別比多孔PVDF薄膜和人工皮膚高了5.2℃和8.1℃。覆蓋雙模式薄膜的房屋模型內(nèi)實(shí)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℃。 


圖5.雙模式薄膜的光熱、電熱以及多模式組合加熱性能


  同時(shí)，雙模式薄膜加熱側(cè)由于具有較高太陽(yáng)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(yáng)光加熱和焦耳加熱性能。在光熱實(shí)驗(yàn)中，與其他常見(jiàn)材料相比，雙模式薄膜加熱側(cè)的太陽(yáng)光加熱溫度最高達(dá)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(dá)到穩(wěn)定的溫度。室內(nèi)外進(jìn)行的多模式結(jié)合加熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，被動(dòng)輻射加熱、光熱和電熱三種加熱模式可進(jìn)行自由切換。 


圖6.室外雙模式薄膜的實(shí)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(shí)物上的實(shí)際制冷和加熱能力。結(jié)果表明，在太陽(yáng)輻照度為600 W/m2時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)實(shí)現(xiàn)4.5℃的制冷能力和12.9℃的加熱能力。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)翻轉(zhuǎn)雙模式薄膜可實(shí)現(xiàn)輻射制冷和加熱模式的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，在空間/個(gè)人/建筑制冷和加熱等實(shí)際熱管理場(chǎng)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(mèng)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(guó)家自然科學(xué)基金、鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年人才創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)博士后特別資助/面上基金、河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)、高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題等項(xiàng)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(guó)聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請(qǐng)注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞