JMCA | Janus柔性纤维结构实现辐射制冷与光-热转换的动态热调控

背景介绍

基于空天能量的辐射热调控技术因其优异的热调控性能以及零能耗的特点受到广泛关注。然而，单一的辐射制冷或光-热模式会导致其在变化的场景下过冷或过热，无法满足动态环境下的低碳热管理需求。为解决这一问题，需对材料表面光谱辐射特性进行动态调控，以适应动态的环境变化，实现动态热调控。一种简单的实现方法为翻转Janus材料，该类材料具有非对称光谱特性，一面为辐射制冷模式，另一面为光-热模式。在此基础上，开发在太阳光-中红外多波段上实现光谱选择性调控以及制备方法简单的Janus材料对提升动态热调控效果具有十分重要的意义。

成果展示

基于此，中南大学能源科学与工程学院陈梅洁副教授等人利用静电纺丝技术设计了一种集成辐射制冷和太阳能加热的多层柔性织物，用于动态热调控。该织物制冷表面为PVdF-HFP纤维膜（太阳光反射率：0.970 和中红外发射率：0.939），加热表面由PVdF-HFP@TiN纤维膜和银纳米线层组成（太阳光吸收率：0.687 和中红外发射率：0.055）。对于加热表面，适当降低了太阳光吸收率以防止出现过热情况。通过翻转织物，可在室内外环境下实现动态热调控。在室内，当人们穿着此织物制成的衣服时，可通过调节空调温度实现节能效果，基于Energyplus软件对全国30个代表城市进行了能耗计算，结果表明其全年平均节能量为28.26 MJ/m2。在室外，与棉织物相比，此Janus织物在加热模式下可实现5.7 °C的升温，在制冷模式下可实现6.7 °C的降温，在室内外环境波动的情况下，无论在冷热条件下都能有效保持热舒适度。以上结果表明，这种Janus织物在个人穿戴的可持续自适应热管理以及建筑节能领域具有巨大潜力。相关研究成果以“An electrospinning flexible textile integrating radiative cooling and solar heating for dynamic thermoregulation”为题发表在期刊《

Journal of Materials Chemistry A

该工作是团队近期关于低碳热管理技术最新进展之一。近几年，针对动态热调控，开发了基于温度响应的双层彩色辐射制冷涂层（

Solar RRL

Solar Energy

Nano Letters

Journal of Materials Chemistry A

Solar Energy Materials and Solar Cells

Applied Physics Letters

图1 工作原理与设计思路

图2 辐射制冷和光-热转换性能理论分析

图3 自适应动态热调控性能测试

图4 室内热调控性能

图5 室外热调控性能

https://doi.org/10.1039/D5TA06910F