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www.710com薛朝华教授团队在辐射降温能源材料研究领域取得新进展

2021-09-13 17:39 文、图/轻工学院 点击:[]

近日,轻工科学与工程学院薛朝华教授团队研究成果在材料领域国际期刊《Applied Materials Today》上发表,题目为“Superhydrophobic porous film for daytime radiative cooling”。薛朝华教授为唯一通讯作者,博士研究生王慧迪为第一作者,www.710com为第一单位和唯一通讯单位。

辐射降温材料即使在炎热夏天的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太阳光反射特性以及中红外发射特性,即可通过8~13 μm之间的“大气透明窗口”将热量以电磁波的方式发射到寒冷的外太空。然而,该类材料在户外环境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。

超疏水辐射降温薄膜PVDF-HFP/PDMS的制备及性能

薛朝华教授团队针对辐射降温材料在户外使用中存在的上述问题,发明了一种超疏水自清洁辐射降温薄膜及其制备方法,利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和高红外发射率,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。制备的材料放置室外一个月仍能保持优异的辐射降温性能,保障了降温效果的持久性。该发明的研究实验由博士生柳冰莹完成,于2019年8月21日申请了国家发明专利并于2021年6月15日获批授权(ZL201910774588.9),2019年11月8日申请国际发明专利并于2021年2月23日获批授权(US 10927244B1)。

超疏水辐射降温薄膜EPDM/SiO2的制备及性能

在上述发明的基础上,团队进一步拓展超疏水辐射降温聚合物薄膜的制备方法及机理研究。博士生王慧迪通过溶剂交换法制备出具有多孔结构的三元乙丙橡胶/疏水二氧化硅(EPDM/SiO2)有机无机复合薄膜。复合薄膜的接触角为162°,滚动角为1.2°;在太阳光波段的平均反射率可达96%,大气透明窗口的平均发射率为95%。在炎热强日光照射下的空气流通环境中,该薄膜可实现比周围环境平均温度低7℃左右;在无空气对流和传导的理想条件下降温12℃。另外,薄膜的超疏水自清洁特性使其表面避免被外界污染从而保持稳定的降温效果,并且复合薄膜经酸碱盐溶液浸泡、紫外光照射和物理摩擦后仍可以保持稳定的超疏水性能和辐射降温性能。该成果于2021年9月发表在材料领域国际期刊Applied Materials Today上。

该工作通过对聚合物材料的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。该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。

附:成果详细信息:

[1] Chaohua Xue, Bingying Liu, Huidi Wang, Shuntian Jia.Superhydrophobic and self-cleaning radiative cooling film and preparation method thereof: US 10927244 B1 [P].2021-2-23.

[2]薛朝华,柳冰莹,王慧迪,贾顺田.一种超疏水自清洁辐射降温薄膜及其制备方法:CN 110483924B[P].2021-6-15.

[3] Hui-Di Wang,Chao-Hua Xue*, Xiao-Jing Guo, Bing-Ying Liu, Zhan-You Ji, Meng-Chen Huang, Shun-Tian Jia. Superhydrophobic porous film for daytime radiative cooling[J].Applied Materials Today2021, 24: 101100.https://doi.org/10.1016/j.apmt.2021.101100.

(核稿:刘国栋 编辑:刘倩)

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