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《Nat. Commun.》:電子科大鄧旭教授團(tuán)隊(duì)研究出抗老化輻射制冷涂層

  近年來氣候變化帶來了全球范圍的氣溫上升和自然災(zāi)害的頻發(fā),今年在東亞、歐洲、北極等地都出現(xiàn)了歷史性的高溫和熱浪。如何高效地制冷對于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和解決氣候變化難題來說就變得尤為重要。亞環(huán)境日間輻射制冷技術(shù)提供了一條有希望的途徑。它是通過一個面向天空的物體反射大部分陽光(波長為0.3至2.5 μm),并通過大氣透明度窗口(波長為8至13 μm)向寒冷的宇宙強(qiáng)烈發(fā)射長波紅外輻射來實(shí)現(xiàn)的。然而,在輻射制冷材料暴露于室外自然環(huán)境僅幾個月后,這種不可或缺的高太陽反射率很可能會因?yàn)樽匀画h(huán)境老化(主要是自然污染和陽光照射)而會下降,使這項(xiàng)技術(shù)失效。因此,除了優(yōu)異的光學(xué)性能外,優(yōu)異的耐污性/抗紫外線性是必不可少的。此外,如果能以易于制造和大規(guī)模噴涂的涂料形式進(jìn)行推廣與生產(chǎn),將會把輻射制冷技術(shù)進(jìn)一步推向?qū)嶋H應(yīng)用。

圖1. 長效穩(wěn)定日間輻射制冷涂層的設(shè)計(jì)

 (圖片來源及版權(quán):Nature Communications及論文作者)

  該工作展示了一種兼具自降溫和長效穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)策略,即使用具有抗紫外性能的多尺度二氧化鈦納米顆粒,通過蒸發(fā)驅(qū)動組裝形成分級多孔形態(tài),從而確保平衡的防污性能和高太陽反射率,生產(chǎn)抗老化的輻射制冷涂料基涂層。基于Cassie-Baxter模型和非潤濕性理論,該涂層可以同時獲得極低的表面黏附力,從而減少污染物積累并可以通過自然環(huán)境中的風(fēng)力,雨水來實(shí)現(xiàn)自清潔功能。該研究還依照ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相當(dāng)于3年自然污染和1年自然陽光照射的模擬實(shí)驗(yàn),測試后的涂層的太陽光反射率與測試前相比僅分別下降0.4%和0.5%,幾乎不影響冷卻性能。本文介紹的抗老化輻射制冷涂料具有可擴(kuò)展性,可以噴涂在所需的室外建筑或大型集裝箱外表面,提供持久的輻射冷卻能力。進(jìn)一步探索這種無機(jī)納米顆粒的蒸發(fā)組裝策略,該涂料還可以擴(kuò)展到更廣泛的材料,如碳酸鈣、氧化鋁、二氧化硅、硫酸鋇和其他滿足視覺舒適性的有色顏料,將這項(xiàng)技術(shù)推向現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用。

圖2. 抗老化輻射制冷涂層抗重污染和長期紫外線暴露的性能測試

 (圖片來源及版權(quán):Nature Communications及論文作者)

圖3. 抗老化輻射制冷涂層室外墻磚展示(40×2000px)

(圖片來源及版權(quán):Nature Communications及論文作者)

  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-32409-7。謹(jǐn)致謝意。

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