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陜科大王學川/劉新華 Small:自適應多重響應熱致變色水凝膠用于節能智能窗和可穿戴溫度傳感
2023-09-03  來源:高分子科技

  近日,陜西科技大學生物質與功能材料研究所王學川、劉新華等報道了一種用于節能智能窗及可穿戴溫度傳感的自適應多重響應熱致變色水凝膠。該熱致變色水凝膠具有優異的可見光透明度(~95.2%)和太陽光調制能力~57.2%,同時表現出對溫度、pH的雙重響應性。同時,良好的導電性也在一定程度上拓寬了該水凝膠的應用范圍。多項應用測試中該熱致變色水凝膠均表現出優異的溫度響應及熱管理性能,顯示出廣闊的應用前景及巨大的節能潛力。相關研究成果發表于國際材料領域著名期刊Small上。



1 PHC-Gel水凝膠作用機理及應用


  據相關統計,每年建筑能耗約占總能耗的40%,同時極端天氣下室內溫度的可控性對人們來說也是一項巨大的挑戰。因此,具有太陽光調制能力的智能窗引起了研究者們的廣泛關注。然而,大多數新興的智能窗材料或多或少存在低溫下透明度低、相變溫度高、應用領域局限等缺點。因此,開發光學性能優異及應用領域廣泛的熱致變色水凝膠已成為人們關注的焦點。基于此,本研究以明膠、PNIPAMHPC 和 CMC為原料,通過簡單的“一鍋法”制備了一種具有溫度和 pH 雙重響應的自適應熱致變色水凝膠(PHC-Gel)。PHC-Gel水凝膠具有優異的可見光透射率(~ 95.2%)和良好的太陽光調節能力(~ 57.2%)。與此同時,PHC-Gel的低臨界溶解溫度(LCST)也可在20 ℃~35 ℃ 的溫度范圍內自由調控。


  此外,PHC-Gel水凝膠還表現出良好的力學性能、導電性和溫度響應性,實際升-降溫測試中,也表現出優異的穩定性。同時,亞環境下進行了智能窗輻射冷卻性能的測試,結果顯示與普通雙層玻璃相比,相變后的PHC-Gel智能窗溫度降低了~ 4℃,節能效果顯著。進一步進行了不同應用領域的測試,均取得了良好的測試結果。綜合表明PHC-Gel熱致變色水凝膠具有優異的溫度響應及熱管理性能,在節能智能窗、可穿戴溫度傳感、嬰兒體溫監測及熱管理等領域具有巨大的應用潛力。 


2 PHC-Gel水凝膠制備及相關表征 


3 PHC-Gel水凝膠光學、熱力學和穩定性測試 


4 PHC-Gel水凝膠多應用場景測試結果


  相關成果以“Engineering Self-adaptive Multi-response Thermochromic Hydrogel for Energy-saving Smart Windows and Wearable Temperature- sensing”為題發表在SmallDOI: 10.1002/smll.202304321)上。陜西科技大學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輕工科學與工程學院王學川教授和劉新華副教授。感謝感謝國家自然科學基金(220708167522278257),陜西重點研發計劃項目(2022GY-272),陜西省科協青年人才支撐計劃項目20200424,教育部產學研結合創新基金- 2018年度藍火計劃(惠州)”項目CXZJHZ201801 和中國博士后基金項目(2021M692000)等對本工作的大力支持!


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/smll.202304321

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(責任編輯:xu)
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