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陜科大王學(xué)川/劉新華 Small：基于“里應(yīng)外合”策略的可穿戴輻射冷卻天然皮膚

2023-03-16 來源：高分子科技

近日，陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川、劉新華等報(bào)道了一種基于“里應(yīng)外合”策略的雙層可穿戴天然皮膚，并用于輻射冷卻領(lǐng)域。該雙層可穿戴天然皮膚內(nèi)外層均兼具高反射率與高發(fā)射率，因此在雙層功能協(xié)同作用下，制備的可穿戴輻射冷卻天然皮膚在太陽光譜區(qū)及大氣透明窗口均表現(xiàn)出較高的反射率與發(fā)射率。戶外多項(xiàng)應(yīng)用測(cè)試中均表現(xiàn)出較為優(yōu)異的輻射冷卻性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際材料領(lǐng)域著名期刊Small上。

圖1 可穿戴輻射冷卻皮膚的制備及微觀表征

近年來，隨著全球氣候的變暖問題，研究者們對(duì)無需額外能量便可達(dá)到降溫目的的被動(dòng)日間輻射冷卻（PDRC）技術(shù)產(chǎn)生了極大興趣，在此基礎(chǔ)上，可穿戴、便攜式的熱管理材料得到了廣泛的研究。然而，大多數(shù)可穿戴熱管理材料是不可回收或不可降解的，對(duì)環(huán)境造成了較大的威脅。因此，在天然材料的基礎(chǔ)上開發(fā)可穿戴材料已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。基于此，本研究采用了簡(jiǎn)單的內(nèi)外協(xié)同策略，成功制備了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的“可穿戴輻射冷卻皮膚”（RC-skin）。基底層由水熱合成法制備的兼具高反射、高發(fā)射的納米亞磷酸鎂（Mg₁₁(HPO₃)₈(OH)₆）通過浸漬的方式填充的天然皮膚構(gòu)成。外層是納米亞磷酸鎂（Mg₁₁(HPO₃)₈(OH)₆）與聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF- HFP)復(fù)合，通過相轉(zhuǎn)化法在天然皮膚表面構(gòu)筑的復(fù)合涂層。RC-skin在太陽光譜區(qū)（0.3-2.5μm）具有92.7%的高反射率，大氣透明窗口（8-13μm）具有95%的高發(fā)射率。

此外，RC-skin還表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能、疏水性和耐干濕摩擦性能，實(shí)際水洗測(cè)試中，也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。同時(shí)，亞環(huán)境下進(jìn)行了輻射冷卻性能的測(cè)試，結(jié)果顯示與空白對(duì)照組相比，RC-skin溫度降低了~7.5℃。將其粘貼在手臂上，經(jīng)過不同時(shí)間的太陽光照射，熱成像下可觀察到粘貼處與裸露部位存在明顯的色差。進(jìn)一步進(jìn)行了多項(xiàng)戶外實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，均得到了較顯著的冷卻效果。綜合表明RC-skin具有優(yōu)異的輻射冷卻性能，在智能穿戴、低碳出行、建筑材料、智能溫差發(fā)電等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

圖2 可穿戴輻射冷卻皮膚原理示意圖及冷卻效果圖

圖3 可穿戴輻射冷卻皮膚戶外應(yīng)用測(cè)試圖

相關(guān)成果以“Facile “synergistic inner–outer activation” strategy for nano-engineering of nature-skin-derived wearable daytime radiation cooling materials”為題發(fā)表在Small（DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202207602）上。陜西科技大學(xué)博士生謝龍為本論文的第一作者，通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院王學(xué)川教授和劉新華副教授。感謝感謝國(guó)家自然科學(xué)基金（2207081675、22278257），陜西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022GY-272），陜西省科協(xié)青年人才支撐計(jì)劃項(xiàng)目（20200424），教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合創(chuàng)新基金- 2018年度“藍(lán)火計(jì)劃(惠州)”項(xiàng)目（CXZJHZ201801）和中國(guó)博士后基金項(xiàng)目（2021M692000）等對(duì)本工作的大力支持！

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202207602

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（責(zé)任編輯：xu）

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