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鄭州大學(xué)王建峰/王萬(wàn)杰 Nano Research：低紅外發(fā)射透明聚合物復(fù)合薄膜用于紅外隱身與被動(dòng)輻射加熱

2022-11-01 來(lái)源：高分子科技

可見光透明的低紅外發(fā)射材料在紅外偽裝、被動(dòng)輻射加熱、建筑節(jié)能和光熱轉(zhuǎn)換等諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。但這種類型的材料在自然界中比較少見。金屬是常見的低紅外發(fā)射材料，但其通常不透明，且存在易腐蝕、密度大、難加工等缺點(diǎn)。透明聚合物材料因其質(zhì)輕、易加工、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在制備可見光透明低紅外發(fā)射復(fù)合材料方面具有極大潛力。但是，高分子材料的紅外發(fā)射率通常較高，如何制備兼具高可見光透過(guò)率和低紅外發(fā)射率的高分子復(fù)合材料依然存在很大的挑戰(zhàn)。

近日，鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授和王萬(wàn)杰教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)在透明聚合物薄膜表面上磁控濺射ITO并噴涂MXene納米涂層，制得可見光透明的低紅外發(fā)射PET-ITO@MXene（PET-IM）復(fù)合薄膜。PET-IM復(fù)合薄膜具有高可見光透過(guò)率和低紅外發(fā)射率，使其擁有出色的可見透明紅外隱身性能。同時(shí)，該低紅外發(fā)射透明復(fù)合薄膜具備優(yōu)異的被動(dòng)輻射加熱能力（5.7°C），高太陽(yáng)能吸收率和電導(dǎo)率，在853.8 W·m^?2太陽(yáng)光輻照下，薄膜表面飽和溫度可達(dá)102.3°C；在6V輸入電壓下，薄膜表面飽和溫度可達(dá)106.7°C。而且，被動(dòng)輻射加熱和主動(dòng)光/電三種加熱模式可以疊加和組合，滿足多種加熱需求。這種低紅外發(fā)射透明聚合物復(fù)合薄膜在紅外隱身、建筑采光與熱管理、精準(zhǔn)節(jié)能加熱等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。該研究以“Visible transparent, infrared stealthy polymeric films with nanocoating of ITO@MXene enable efficient passive radiative heating and solar/electric thermal conversion”為題發(fā)表在最新一期的《Nano Research》上。

圖1 圖文摘要

圖2 (a)低紅外發(fā)射透明聚合物薄膜的熱傳輸機(jī)理；(b) PET-IM復(fù)合薄膜的制備過(guò)程示意圖；(c) MXene納米片的TEM；(d) PET-IM₅₀薄膜的截面SEM；(e)不同薄膜在可見光波段的透過(guò)率；(f) PET-IM₃₀薄膜的實(shí)物圖；(g)不同薄膜在7-14 um的紅外發(fā)射光譜圖；(h)不同薄膜的可見光透過(guò)率和紅外發(fā)射率對(duì)比。

圖3 PET-IM₅₀薄膜在(a) 100 ℃熱臺(tái)上、(b)戶外、(c)人體皮膚上的熱紅外圖像；(d)不同薄膜覆蓋在人工皮膚上的實(shí)時(shí)溫度和 (e) 穩(wěn)定溫度；(f)不同薄膜覆蓋在人體皮膚上的實(shí)時(shí)溫度；(g)空白模擬房子和PET-IM₃₀薄膜覆蓋的模擬房子的實(shí)物圖和紅外圖； (h)不同薄膜覆蓋的房子的實(shí)時(shí)溫度和(i)穩(wěn)定溫度。

圖4 (a)不同薄膜在紫外-可見-近紅外波段的吸收率；(b)戶外光熱實(shí)驗(yàn)裝置；(c)戶外光熱實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)溫度；(d)室內(nèi)紅外燈照射下復(fù)合薄膜的實(shí)時(shí)溫度；(e)不同輸入電壓下PET-IM₅₀薄膜的電熱性能；(f)不同薄膜在6V電壓下的電熱性能；(g) 不同薄膜I-V曲線；(h) PET-IM₅₀薄膜在不同輸入電壓作用下的溫度演變曲線；(i) 循環(huán)電熱實(shí)驗(yàn)。

圖5 PET-IM復(fù)合薄膜的多重模式組合加熱。

該論文第一作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院碩士生杜星園，通訊作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授。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)室開放課題等項(xiàng)目支持。

原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-022-4962-6

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（責(zé)任編輯：xu）

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