辐射制冷是一种新型的制冷技术,它利用太阳辐射的能量,通过材料的选择和结构的设计,使得物体表面向外辐射的热量比吸收的太阳辐射能量更多,从而实现了被动式的制冷效果,具有零能耗、零污染等优势,有望替代传统的电制冷系统,近年来备受关注。
环境制冷不仅会消耗全球15%的电力,还会产生10%的温室气体。为解决这一现象难题,电子科技大学崔家喜教授的动态软物质团队设计了一种以砂纸打磨的方式构筑了具有铠甲结构的超疏水辐射制冷材料,并且实现装甲结构的可再生来延长辐射制冷涂层的防污和冷却效果特性,图1展示了具有再生性能的节能防污涂层的制备策略涂料在线coatingol.com。
图1 超疏水辐射制冷涂层的设计示意图及其涂层表面形貌图
该装甲结构是通过在坚硬的聚氨酯树脂复合基体与氟化空心玻璃微球(HGM)复合形成这种内镶嵌的结构而设计的。在这里,HGM具有提供增强太阳反射率的隔离腔和加强基体形成坚固装甲结构的双重作用。
当涂层磨损时,表面上的HGM会暴露其凹形腔,带有众多的疏水碎片,生成高度粗糙的表面,保证了超疏水功能。
如图2,该涂层在长波红外窗口具有高太阳反射率(0.93)和热辐射率(0.94),在高太阳辐射通量下导致低于环境温度5°C的降温效果(图3)。
图2 不同条件下复合涂层的光谱和浸润性能
图3 超疏水辐射制冷涂层的户外降温及自清洁性能
当防污功能降低时,它们可以通过简单的磨损处理再生而不影响辐射制冷功能(图4)。
图4 超疏水辐射制冷涂层的再生功能和与基材粘附性能
此外,这些涂层可以使用低成本材料进行一次性喷涂方法轻松制备,具有对各种基材的强粘附性,并表现出卓越的环境稳定性。该研究成果以“Passive daytime radiative cooling coatings with renewable self-cleaning functions”为题发表于近期的Chinese Chemical Letters 期刊上。该研究得到国家自然科学基金的资助。
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108687
通讯作者介绍
崔家喜,电子科技大学基础与前沿研究院教授,国家青年人才,四川省青年人才,成都市“蓉漂计划”特聘专家,四川省学术和技术带头人。2008 年博士毕业于北京大学,先后在北京大学、德国马普高分子所、哈佛大学等国内外知名高校或科研机构从事化学领域的研究工作。
主要研究方向包括:仿生聚合物材料、聚合物涂层和界面、聚合物网络结构、水凝胶、自修复材料、生物医用材料等。在Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、JACS、Angew. Chem. In. Ed.等国际著名期刊发表学术论文100多篇,引用4300多次;H指数38;i10指数77。编写英文专著(章节)2部。研究成果多次受到国内外专家和各科学媒体(Wiley, ChemView, MRS, Phys等)以及电视台的报道与高度评价。