四川大学傅强/邓华教授团队《Nat. Commun.》：面向户外应用的高强、高耐候辐射制冷薄膜

2023-10-12 来源：高分子科技

被动日间辐射制冷技术（PDRC）通过调节物体在太阳光谱下的反射率和大气窗口下的发射率以实现户外的简单高效制冷，被认为是解决由夏季极端高温天气所引起的能源、环境和安全问题的有效措施。然而，材料光学性质的精准调控往往意味着其它实用性能（如强度、耐候性等）的大幅损失，使其难以在严苛的户外场景中长期服役。因此，如何通过合理的设计以平衡材料的光学性质和其它实用性能，成为PDRC迈向户外真正应用的难题之一。

近日，四川大学高分子科学与工程学院傅强/邓华教授团队利用“溶剂交换-二次质子化”策略，构筑了一种基于芳纶纳米纤维（ANFs）树枝状胶体和云母/二氧化钛（Mica@TiO₂）核壳散射体的层状PDRC薄膜（AMTA）。通过对ANFs多步质子化过程的精确调控，其呈现出高度支化的三维网络结构，可稳定负载高含量的片状Mica@TiO₂核壳散射体，并快速诱导层状结构成型，赋予其超过100 MPa的力学强度。与此同时，核壳散射体在光学模拟中也呈现出更强的散射效率因子，尤其是背向散射，它连同其它折射率差异界面处的散射行为（如孔隙界面）共同促进了PDRC材料的太阳光反射率（> 90%），并在实际户外制冷测试中实现日间降温3-4 ℃，夜晚降温6-7 ℃。此外，依赖于各组分本征的优异性质，该设计还集成了绝缘、紫外耐候、耐高温、耐刮擦等综合实用性能，有望进一步应用于车衣、手机、电缆热管理防护等领域，为PDRC技术在户外场景中的持久服役提供了潜在可能。该工作以“Thin lamellar films with enhanced mechanical properties for durable radiative cooling”为题发表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 2023, 14, 6129）。文章第一作者是四川大学硕士研究生熊联虎。该研究得到国家科学技术部（重点研发计划）的资金支持。

图1. AMTA制备示意图及相关微纳结构

图2. 机械性能及增韧机理

图3. 光学性质及散射机理

图4. 制冷性能及潜在应用展示

该工作是团队近期关于功能高分子复合材料结构设计和功能网络调控相关研究的最新进展之一。针对传统加工方法难以精准调控聚合物-填料形貌网络及其界面相互作用等问题，团队提出和发展了一种普适、通用的功能高分子复合材料加工新策略-湍流剪切沉淀。该方法已被证实在多个功能材料领域具有广阔的应用前景，包括湿气诱导发电（Energy Environ. Sci. 2023, 16, 3600; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210027; Nano Energy 2022, 98, 107241; Chem. Eng. J. 2022, 438, 135659），辐射制冷（Nat. Commun. 2023, 14, 6129），可拉伸导体（Adv. Funct. Mater. 2023, 2308799），海水淡化(Mater. Horiz. 2023; J. Mater. Chem. A, 2023, 11, 7711; ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 3882)和柔性热电/电热装置(Composites Part B 2023, 252, 110512; ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 10947)等。通过对功能材料进行结构设计和填料网络调控，团队致力于解决当今社会面临的重大问题，助力实现“碳中和”以及可持续能源发展。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41797-3

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（责任编辑：xu）

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