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亚娱体育:轻工亚娱体育薛朝华团队在《Advanced Materials》上发表仿生超疏水智能调温涂层研究成果

2024-06-05 09:18 文、图/轻工亚娱体育 柳冰莹 点击:[]

近日,轻工科学与工程亚娱体育薛朝华教授团队联合香港理工大学王钻开教授和华中科技大学陶光明教授团队,在国际TOP期刊《Advanced Materials》(IF:29.4)上发表了题为“Bioinspired Superhydrophobic All-in-one Coating for Adaptive Thermoregulation”的研究论文。我校薛朝华教授、香港理工大学王钻开教授和华中科技大学陶光明教授为文章共同通讯作者,轻工亚娱体育博士后柳冰莹和华中科技大学博士生吴嘉威为文章共同一作,陕西科技大学为第一通讯单位。

近年来,气候变化引起全球变暖,多地极端高温天气频繁出现,严重影响了人类的生存和健康。被动日间辐射降温技术具有零能耗、零排放等优点,在减少全球能源消耗方面前景广阔。然而,该材料在实际应用过程中其表面易被环境灰尘、微生物、雨水等污染导致功能削弱,从而降低材料使用寿命。另一方面,现有的材料在低温环境下会持续辐射降温导致过度制冷,反而增加冬季供暖能耗。第三,如何实现该材料的大面积量产以推动其迈向实际应用,仍然需要攻坚克难。

鉴于此,陕西科技大学薛朝华教授团队联合香港理工大学王钻开教授和华中科技大学陶光明教授团队合作研究,受荷叶的纵向梯度特征和表面微纳结构的启发,通过一步相分离工艺制备出了一种集超疏水表面自清洁、太阳光反射率自动可调和热红外发射有效利用于一体的多功能调温涂层,实现了高温环境下的辐射降温和低温环境下的太阳能加热从而达到“冬暖夏凉”智能调温。

研究团队发现植物叶片具有上表皮、栅栏组织、海绵层和下表皮的梯度结构特征,从而使其具有优异的光吸收和润湿性,即叶绿体在栅栏和海绵组织内的不对称分布优化了光合效率,使叶片呈现一面深色一面浅色的现象。表皮的润湿特性,如荷叶表皮细胞,含有一层低表面能蜡质和微纳米乳突结,使其表面具有超疏水自清洁特性。

基于荷叶结构和功能仿生,合作团队将具有温度响应光谱调制特性的热致变色微胶囊(TCMCs)、疏水性SiO2和聚偏氟乙烯共六氟丙烯进行复合,通过相分离法构筑光学性质可调、微观多孔结构不对称并且表面微纳粗糙的温度自适应超疏水辐射降温涂层。在夏季,涂层反射阳光呈现白色,太阳光反射率高达92.3%,热红外发射率高达95.8%,实现了高温环境下的辐射冷却。相反,涂层在冬季变为可见光吸收状态,从而实现太阳能加热。涂层中加入的光学改性剂(光稳定剂、紫外线吸收剂和抗氧化剂)与表面微结构的设计协同地保障了复合涂层的抗光学疲劳性能。同时,涂层的超疏水自清洁功能有效地保障了涂层功能的持久稳定性。

仿生超疏水一体化自适应调温涂层的设计、形貌表征和光学性能

该工作为智能调节辐射冷却技术的大规模制造提供了新方法,为全球碳中和与可持续发展提供了一条有效的解决方案,有望推动辐射制冷材料研究迈向户外实际应用。

原文链接:

https://doi.org/10.1002/adma.202400745

新闻小贴士:

薛朝华,二级教授,博士生导师,教育部“新世纪优秀人才”支持计划入选者,陕西省科技创新团队负责人,秦创原“科学家+工程师”队伍建设首席科学家,陕西省中青年科技创新领军人才,中国高被引学者。长期致力于仿生表面功能材料、仿生智能传感材料、智能辐射降温材料研究。主持国家自然科学基金等国家及省部级项目15项,研究成果获陕西省科学技术二等奖3项,陕西高等亚娱体育科学技术一等奖2项、二等奖2项。在Progress in Materials Science、Advanced Materials、ACS Nano等国际著名学术期刊发表论文100余篇,其中SCI收录70篇,ESI高被引5篇。

(核稿:刘国栋 编辑:刘倩)

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