网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

东华大学张超研究员团队ACS Nano:热整流梯度多孔纳米复合薄膜实现多场景自适应辐射冷却

0
分享至

辐射冷却技术作为一种无需能量输入的被动冷却方式,在应对电子器件散热、建筑节能与个人热管理等方面展现出巨大潜力。其核心机制在于反射太阳辐射并向外太空发射中红外热辐射以实现散热。然而,现有多孔聚合物材料因太阳光反射效率不足及非辐射热交换问题,难以适应多样化应用场景,特别是在高于环境温度的封闭空间中冷却效果有限。为此,本研究提出一种“梯度交联聚合策略”,成功制备出具有双梯度结构(纳米片浓度梯度与孔径梯度)的多孔纳米复合膜(GPNF)。该膜材料不仅实现了高达96.2%的太阳反射率,还表现出热整流效应,其整流因子达30%,显著增强了在不同温度场景下的自适应辐射冷却能力。相比传统均匀多孔膜,该梯度膜在未加热与自加热密闭空间中分别实现了2.4 ℃与2.2 ℃的额外降温效果,为多场景被动热管理提供了新路径。相关工作以Thermal-Rectified Gradient Porous Nanocomposite Film Enabling Multiscenario Adaptive Radiative Cooling发表在ACS Nano期刊。

本研究提出了一种梯度交联聚合策略制备的双梯度多孔纳米复合膜(GPNF),通过施加电场诱导纳米片(LNS)形成厚度方向上的孔径与成分梯度结构(图1)。结构分析表明GPNF20具有优异的加工性与力学性能,且从阳极到阴极呈明显孔径增大、LNS含量降低的双梯度分布(图2)。热导率测试和仿真证实GPNF具有显著的热整流特性,沿密到疏孔方向(JDS)的热导率显著高于反方向(JSD)(图3)。实验测量与模拟揭示梯度孔径结构使GPNF20在0.3–2.5 µm太阳光谱波段实现高达96.2%的太阳反射率(图4)。此外,GPNF20在8–13 µm的大气透明窗口表现出优异且角度无关的中红外高发射率(图5)。户外实测及模型验证表明,GPNF20在未加热与自加热的密闭空间中均表现出优于传统材料的辐射冷却性能,具有显著的多场景自适应热管理优势(图6)。

1. GPNF的制备流程示意图:采用梯度交联聚合方法实现厚度方向上LNS浓度和孔径的双梯度分布。

2. GPNF 的结构特征:(a) 各种尺寸的GPNF20(b) 可切割成各种形状的GPNF20(c) 支撑其重量 1000 倍负载的GPNF20(d) GPNF20的横截面 SEM 图像显示了从阳极到阴极逐渐增大的孔径,其虚线矩形区域的(e-g) 放大 SEM 图像,描绘了相应的孔隙大小分布;(h) 带有元素映射的GPNF20 SEM 图像;(i) GPNF20的完整横截面进行线扫描获得的 XPS 光谱;(j) 从阳极到阴极侧的GPNF20内的 LNS 含量和孔隙大小。

3. GPNF 的热整流特性:(a) GPNF 内的定向热流示意图;(b) GPNF JDSJSD方向的热导率;(c) 具有不同 LNS 含量 UPNF 的温度相关热导率;(d)热台上GPNF20的数码照片和热成像图像,展示了JDSJSD方向的热传递;(e) GPNF 放置在热板上时表面温度随时间的变化;(f) GPNF 的有限元分析显示了沿JDSJSD方向的热传递趋势。

4. GPNF 的太阳光散射特性:(a) GPNF UPNF 对太阳光的多次散射示意图;(b) GPNF20 UPNF20的太阳反射光谱;(c) GPNF20 CIE 色度坐标;(d) 在整个太阳光谱波段中,孔径为0.5 5.0 μm 范围内的模拟散射效率;在特定太阳光谱波长 (e) 0.5 (f) 2.5 μm 下,具有各种多孔结构的 GPNF 的近场电场分布;在特定太阳光谱波长 (g) 1 (h) 2 μm 下,GPNF20UPNF-0.6UPNF-2 UPNF-4 的电场分布。

5. GPNF 的中红外发射性能:(a) GPNF 结构内化学键振动引发的红外辐射示意图;(b) PHEMA LNS FT-IR 光谱,其中浅蓝色阴影区域表示大气中红外透明窗口;(c) GPNF20 UPNF20的中红外发射率对比,其中浅蓝色阴影区域表示大气透射率窗口;(d) GPNF20 10° 80° 范围内变化角度下的中红外发射率;(e) GPNF20在大气窗口内 10 80° 角度范围内发射率的极坐标分布。

图6. GPNF 的热整流辐射冷却性能:(a) GPNF 作为冷却屋顶的潜在用途;(b) 使用GPNF 实现密闭空间在低于和高于环境温度条件下的热调控;(c) GPNF20与文献报道的多孔结构辐射冷却材料在热导率、太阳反射率和中红外发射率方面的对比;(d) 太阳辐射强度和GPNF20和 UPNF20的实时温度变化(2023 年 9 月 5 日,中国上海);(e) 未加热房屋模型分别以铝绝缘泡沫、GPNF稀疏-致密面(GPNFS-D)和GPNF致密-稀疏面(GPNFD-S)作为屋顶覆盖材料,在日照条件下不同时间间隔的实物照片与热成像图;(f)自发热密闭箱体(内置预热热电板)分别以铝绝缘泡沫、GPNFS-D和GPNFD-S覆盖顶部开口,在不同时间间隔的实物照片与热成像图。

小结:本文提出一种具有双梯度结构的热整流多孔纳米复合膜GPNF,融合了高太阳反射率、高中红外发射率及热整流特性,突破了现有多孔辐射冷却材料在不同温度场景中的应用瓶颈。通过实验与仿真验证,GPNF可在日照下实现优异的多场景自适应冷却性能,特别适用于未加热与自加热密闭环境。该研究用于推进高效多孔辐射冷却材料的发展,为宽温度范围内的封闭环境提供热整流辐射冷却。

论文信息: Wang Y, Liu S, Zhang X, et al. Thermal-Rectified Gradient Porous Nanocomposite Film Enabling Multiscenario Adaptive Radiative Cooling. ACS nano, 2025.

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c02609

都看到这里了,关注一下吧^_^

声明:本文部分素材源自网络,版权归原作者所有。分享旨在促进信息传递与学术交流,不代表本公众号立场,如有不当,请联系我们处理。欢迎从事【太阳能综合利用/辐射制冷/微纳尺度传热】等相关领域学者分享您最新的研究工作,我们将竭诚为您免费推送,投稿邮箱:SpaceEnergy@163.com.

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
380亿罚单惊醒马斯克,连夜终止建厂:再待印度,迟早步苹果后尘

380亿罚单惊醒马斯克,连夜终止建厂:再待印度,迟早步苹果后尘

有范又有料
2026-05-20 12:36:12
拒绝千车一面!蓝电E5 户外版,用细节巧思盘活户外出行

拒绝千车一面!蓝电E5 户外版,用细节巧思盘活户外出行

汽车投诉网
2026-05-20 15:48:19
SpaceX正式提交IPO申请:年亏损近50亿美元,马斯克控制85%投票权

SpaceX正式提交IPO申请:年亏损近50亿美元,马斯克控制85%投票权

凤凰网科技
2026-05-21 06:31:07
中央气象台发布暴雨预警:今晚到明晚,湖南、江西、福建、广西、广东、陕西有大到暴雨,局地有雷暴大风

中央气象台发布暴雨预警:今晚到明晚,湖南、江西、福建、广西、广东、陕西有大到暴雨,局地有雷暴大风

鲁中晨报
2026-05-20 18:42:09
紫牛头条|45把雨伞“全损”退货引热议:家委会致歉补款,校方拒回应

紫牛头条|45把雨伞“全损”退货引热议:家委会致歉补款,校方拒回应

扬子晚报
2026-05-20 20:35:49
伊朗外交部称“正在评估”美方最新谈判意见

伊朗外交部称“正在评估”美方最新谈判意见

财联社
2026-05-21 11:12:18
“泡药杨梅”的通报出来了,但荒诞并非只发生在福建

“泡药杨梅”的通报出来了,但荒诞并非只发生在福建

清书先生
2026-05-21 07:40:07
人民大会堂女服务万里挑一!她们是啥编制?选拔标准有多严?

人民大会堂女服务万里挑一!她们是啥编制?选拔标准有多严?

复转这些年
2026-05-20 19:44:43
文班21分17板雷霆1:1扳平马刺,哈珀伤退马刺想念福克斯

文班21分17板雷霆1:1扳平马刺,哈珀伤退马刺想念福克斯

李广专业体育评论
2026-05-21 11:10:26
雷霆122-113赢马刺,1-1!3人伤退!一战看清5个现实:东部要捡漏

雷霆122-113赢马刺,1-1!3人伤退!一战看清5个现实:东部要捡漏

毒舌NBA
2026-05-21 11:13:05
海淀妈妈曾自曝尴尬现状:“我,海归高管、花千万买学区房,却养出个「学渣」儿子”,如今现状反转了……

海淀妈妈曾自曝尴尬现状:“我,海归高管、花千万买学区房,却养出个「学渣」儿子”,如今现状反转了……

阅读第一
2026-05-20 08:36:21
外媒:李在明谴责以色列在国际水域扣押韩国公民,抨击以方此举“严重越界”

外媒:李在明谴责以色列在国际水域扣押韩国公民,抨击以方此举“严重越界”

环球网资讯
2026-05-20 16:53:49
一小学购买45把雨伞后“全损”退货!商家:伞身写有学生姓名,雨伞总价338.14元;目前商家已隐藏相关视频,称家委会已致歉并补足损失

一小学购买45把雨伞后“全损”退货!商家:伞身写有学生姓名,雨伞总价338.14元;目前商家已隐藏相关视频,称家委会已致歉并补足损失

极目新闻
2026-05-21 01:02:08
雷霆半场领先马刺11分:亚历山大15分文班7+5 卡斯尔16分隔扣哈腾

雷霆半场领先马刺11分:亚历山大15分文班7+5 卡斯尔16分隔扣哈腾

醉卧浮生
2026-05-21 09:44:09
欧联之王 54岁埃梅里连创5大纪录+比肩穆帅 夺冠后被球员扛起庆祝

欧联之王 54岁埃梅里连创5大纪录+比肩穆帅 夺冠后被球员扛起庆祝

我爱英超
2026-05-21 06:38:29
追梦:骑士被逆转不是主帅的过错 哈登待联盟17年 对手总是单打他

追梦:骑士被逆转不是主帅的过错 哈登待联盟17年 对手总是单打他

仰卧撑FTUer
2026-05-21 10:38:10
“泡药杨梅”被曝光后,当地协会会长哽咽恳求:给果农一个机会,“不要一棍子打死”!当地农户:监管加严,会填写实名保证书

“泡药杨梅”被曝光后,当地协会会长哽咽恳求:给果农一个机会,“不要一棍子打死”!当地农户:监管加严,会填写实名保证书

大风新闻
2026-05-21 08:43:07
万斯与鲁比奥争先恐后代班莱维特,为啥这么起劲?

万斯与鲁比奥争先恐后代班莱维特,为啥这么起劲?

新民周刊
2026-05-21 09:09:08
普京访华,要办一件头等大事!俄亮出3张底牌,只等中国给出建议

普京访华,要办一件头等大事!俄亮出3张底牌,只等中国给出建议

薛小荣
2026-05-19 17:10:46
央视首次官宣歼-35能上辽宁舰,战力直接反超美国福特舰

央视首次官宣歼-35能上辽宁舰,战力直接反超美国福特舰

世家宝
2026-05-20 22:40:26
2026-05-21 11:27:00
热质纳能 incentive-icons
热质纳能
传热、传质、纳米、能源
2711文章数 78关注度
往期回顾 全部

科技要闻

好到离谱也不够!英伟达交出816亿美元营收

头条要闻

湖南一山村洪灾突破历史极值 洪水暴涨8.76米满目疮痍

头条要闻

湖南一山村洪灾突破历史极值 洪水暴涨8.76米满目疮痍

体育要闻

常住人口7000的小镇,拥有了一支德甲球队

娱乐要闻

同行吐槽汪涵野心重 爆雷37万人受损

财经要闻

英伟达业绩超预!指引再新高仍不够亮眼

汽车要闻

26.98万起步 看小鹏GX如何诠释一车多能以及满配的科技与豪华

态度原创

教育
房产
手机
游戏
军事航空

教育要闻

普林斯顿大学结束133年无人监考传统,AI作弊成导火索

房产要闻

顺德澐璟楼王『澐冠』启幕|一场高阶共鸣的静奢美学之约

手机要闻

平销期谁更受欢迎?荣耀Magic V6、OPPO Find N6比比看

时隔23年!FS社全新大作重回任天堂独占策略

军事要闻

俄媒盛赞中国军人:身姿挺拔 站如松柏

无障碍浏览 进入关怀版