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科學(xué)研究

輕工學(xué)院薛朝華團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表仿生超疏水智能調溫涂層研究成果

2024-06-05 09:18 文、圖/輕工學(xué)院 柳冰瑩 點(diǎn)擊:[]

近日,輕工科學(xué)與工程學(xué)院薛朝華教授團隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開(kāi)教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團隊,在國際TOP期刊《Advanced Materials》(IF:29.4)上發(fā)表了題為“Bioinspired Superhydrophobic All-in-one Coating for Adaptive Thermoregulation”的研究論文。我校薛朝華教授、香港理工大學(xué)王鉆開(kāi)教授和華中科技大學(xué)陶光明教授為文章共同通訊作者,輕工學(xué)院博士后柳冰瑩和華中科技大學(xué)博士生吳嘉威為文章共同一作,陜西科技大學(xué)為第一通訊單位。

近年來(lái),氣候變化引起全球變暖,多地極端高溫天氣頻繁出現,嚴重影響了人類(lèi)的生存和健康。被動(dòng)日間輻射降溫技術(shù)具有零能耗、零排放等優(yōu)點(diǎn),在減少全球能源消耗方面前景廣闊。然而,該材料在實(shí)際應用過(guò)程中其表面易被環(huán)境灰塵、微生物、雨水等污染導致功能削弱,從而降低材料使用壽命。另一方面,現有的材料在低溫環(huán)境下會(huì )持續輻射降溫導致過(guò)度制冷,反而增加冬季供暖能耗。第三,如何實(shí)現該材料的大面積量產(chǎn)以推動(dòng)其邁向實(shí)際應用,仍然需要攻堅克難。

鑒于此,陜西科技大學(xué)薛朝華教授團隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開(kāi)教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團隊合作研究,受荷葉的縱向梯度特征和表面微納結構的啟發(fā),通過(guò)一步相分離工藝制備出了一種集超疏水表面自清潔、太陽(yáng)光反射率自動(dòng)可調和熱紅外發(fā)射有效利用于一體的多功能調溫涂層,實(shí)現了高溫環(huán)境下的輻射降溫和低溫環(huán)境下的太陽(yáng)能加熱從而達到“冬暖夏涼”智能調溫。

研究團隊發(fā)現植物葉片具有上表皮、柵欄組織、海綿層和下表皮的梯度結構特征,從而使其具有優(yōu)異的光吸收和潤濕性,即葉綠體在柵欄和海綿組織內的不對稱(chēng)分布優(yōu)化了光合效率,使葉片呈現一面深色一面淺色的現象。表皮的潤濕特性,如荷葉表皮細胞,含有一層低表面能蠟質(zhì)和微納米乳突結,使其表面具有超疏水自清潔特性。

基于荷葉結構和功能仿生,合作團隊將具有溫度響應光譜調制特性的熱致變色微膠囊(TCMCs)、疏水性SiO2和聚偏氟乙烯共六氟丙烯進(jìn)行復合,通過(guò)相分離法構筑光學(xué)性質(zhì)可調、微觀(guān)多孔結構不對稱(chēng)并且表面微納粗糙的溫度自適應超疏水輻射降溫涂層。在夏季,涂層反射陽(yáng)光呈現白色,太陽(yáng)光反射率高達92.3%,熱紅外發(fā)射率高達95.8%,實(shí)現了高溫環(huán)境下的輻射冷卻。相反,涂層在冬季變?yōu)榭梢?jiàn)光吸收狀態(tài),從而實(shí)現太陽(yáng)能加熱。涂層中加入的光學(xué)改性劑(光穩定劑、紫外線(xiàn)吸收劑和抗氧化劑)與表面微結構的設計協(xié)同地保障了復合涂層的抗光學(xué)疲勞性能。同時(shí),涂層的超疏水自清潔功能有效地保障了涂層功能的持久穩定性。

仿生超疏水一體化自適應調溫涂層的設計、形貌表征和光學(xué)性能

該工作為智能調節輻射冷卻技術(shù)的大規模制造提供了新方法,為全球碳中和與可持續發(fā)展提供了一條有效的解決方案,有望推動(dòng)輻射制冷材料研究邁向戶(hù)外實(shí)際應用。

原文鏈接:

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

新聞小貼士:

薛朝華,二級教授,博士生導師,教育部“新世紀優(yōu)秀人才”支持計劃入選者,陜西省科技創(chuàng )新團隊負責人,秦創(chuàng )原“科學(xué)家+工程師”隊伍建設首席科學(xué)家,陜西省中青年科技創(chuàng )新領(lǐng)軍人才,中國高被引學(xué)者。長(cháng)期致力于仿生表面功能材料、仿生智能傳感材料、智能輻射降溫材料研究。主持國家自然科學(xué)基金等國家及省部級項目15項,研究成果獲陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎3項,陜西高等學(xué)??茖W(xué)技術(shù)一等獎2項、二等獎2項。在Progress in Materials Science、Advanced Materials、ACS Nano等國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文100余篇,其中SCI收錄70篇,ESI高被引5篇。

(核稿:劉國棟 編輯:劉倩)

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