鄭大《AFM》：一種用于日間輻射制冷的超疏水氣凝膠！

　　空調、冰箱等傳統制冷設備在制冷過程中消耗大量能源和資源，并伴有額外熱效應的產生，產生溫室效應和城市熱島效應。因此，隨著人們環保意識的增強，具有凈制冷能力的資源節約型和生態友好型方法成為當務之急。被動輻射冷卻是一種零能量輸入冷卻技術，通過將輻射熱流從地球上的物體傳遞到外層空間，因此被認為是傳統冷卻技術的可持續替代品。因此，具有被動冷卻能力的材料揭示了節能領域的有吸引力的未來。被動輻射冷卻技術提供了一種可持續的冷卻方式，它是通過向寒冷的宇宙發射熱量和反射太陽光相結合的技術，其不需要任何能量輸入。然而，不可降解的輻射制冷材料的大量消耗造成了資源浪費和環境污染。同時，室外環境中的污垢污染很容易影響冷卻效率。

　　來自鄭州大學的學者將仿生層次化結構設計與立體復合晶體相結合，通過一種簡單的水輔助熱致相分離方法，制備了一種具有低導熱系數(37 mW m-1K-1)、高壓縮強度(0.1 MPa)和自清潔能力的可降解超疏水(152°)立體復合聚乳酸氣凝膠。最佳氣凝膠具有高太陽光反射率(89%)和強紅外發射率(93%)，白天降溫3.5℃，夜間降溫5.8℃。這種氣凝膠為輻射冷卻應用開辟了一條環境可持續的途徑。相關文章以“Hierarchically Superhydrophobic Stereo-Complex Poly (Lactic Acid) Aerogel for Daytime Radiative Cooling”標題發表在Advanced Functional Materials。

圖1.a) S_C-PLA氣凝膠的制備過程;b) S_C-PLA氣凝膠冷卻過程中微納結構形成示意圖。c) PLLA, d) L-D, e) L-D-2, f) L-D-4氣凝膠的1、2)SEM圖像和3)相應的孔徑分布。

圖2.a) WAXD曲線，b) DSC曲線，c)計算出的H_C和S_C結晶度，d) TGA曲線，e) PLA氣凝膠的溫度-粘度圖。f)不同體積水對PLLA/PDLA結晶行為的示意圖描述。g)循環1次和100次后PLA氣凝膠的壓縮應力-應變曲線。h)各循環下的最大應力。i)不同循環后PLA氣凝膠的機械遲滯。

圖3.a) PLA氣凝膠的反射率和發射率譜。b)孔隙對入射陽光散射效率的理論分析。c) PLA氣凝膠的導熱系數和孔隙率。d) PLA氣凝膠的熱紅外圖像。e) L-D-2氣凝膠與其他冷卻器和絕緣體的比較。

圖4.a)以L-D-2和PLLA氣凝膠為例，在隔熱泡沫箱中測量輻射冷卻示意圖。對中國鄭州b)夜間(2022年4月20日至21日)和c)白天(2022年4月21日)次環境冷卻性能測試的溫度測量。提取d)夜間和e)白天的溫差。估計冷卻功率作為f)夜間和g)白天溫差的函數。

圖5.a) PLA氣凝膠和b) L-D-2氣凝膠在不同溶液下的水接觸角。c)以高錳酸鉀為污染物的PLLA和L-D-2氣凝膠的自清潔試驗。d)雨水或水沖刷PLA氣凝膠上的污垢示意圖。e)被污物污染的L-D-2氣凝膠(dirt)、被污物水清洗的L-D-2氣凝膠(cleaned)和未經處理的L-D-2氣凝膠(Original)的亞環境冷卻性能試驗

　　總之，本研究成功地制備了一種仿生環保冷卻器，它將優異的光學性能、熱穩定性、獨特的壓縮強度和自清潔性能結合在一個設計中。除了強熱發射率（93%）外，L-D-2氣凝膠還具有有序的微納結構，可提供高太陽光反射（89%）和出色的TC（37 mW m-1K-1），可以有效抑制較熱的周圍寄生熱增益。使用L-D-2氣凝膠，本研究證明了白天溫度下降3.5℃，夜間溫度下降5.8℃。高 Sc含量 （24%）和壓縮性能 （0.1 MPa） 帶來的出色熱穩定性增強了氣凝膠在戶外應用中的耐用性。此外，高WCA（152°）帶來的自清潔性能不僅可以使氣凝膠遠離水和污垢污染，還可以使氣凝膠保持良好的輻射冷卻效果。本研究相信這種方法展示了一種實用有效的解決方案，以綠色和可持續的方式降低溫度和節約能源。（文：SSC）

　　注：本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。