全球氣候變化和城市化加速進(jìn)程導(dǎo)致了嚴(yán)重的能源、環(huán)境和安全問(wèn)題。低碳、低能耗的被動(dòng)輻射冷卻技術(shù)是解決全球變暖的一種有前景的熱管理策略。傳統(tǒng)的石油化工產(chǎn)品制備的輻射冷卻材料往往存在制冷效率低、環(huán)境友好性差等問(wèn)題。
近日，中國(guó)消防協(xié)會(huì)防火材料分會(huì)單位會(huì)員四川大學(xué)環(huán)保型高分子材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室王玉忠院士團(tuán)隊(duì)趙海波教授提出了一種基于生物質(zhì)本征光致發(fā)光輻射制冷新策略，發(fā)展了具有高太陽(yáng)光反射率、可循環(huán)利用的全生物質(zhì)輻射冷卻氣凝膠。研究成果以“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”為題發(fā)表在Science上，論文的第一作者為四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院2022級(jí)碩士研究生馬健文，趙海波教授為論文的通訊作者。
由明膠和DNA制備的生物質(zhì)氣凝膠具有獨(dú)特的熒光/磷光特性以及高度有序的層狀結(jié)構(gòu)。這種本征光致發(fā)光效應(yīng)使得氣凝膠將吸收的紫外光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，有效提高氣凝膠材料在可見(jiàn)光區(qū)域的太陽(yáng)光加權(quán)反射率（太陽(yáng)光模擬下高達(dá)104.0%），大幅增益氣凝膠材料的日間輻射冷卻效率，在高太陽(yáng)輻照度的戶(hù)外條件下，環(huán)境溫度降低達(dá)16.0 ℃。另一方面，利用水介導(dǎo)氣凝膠界面處強(qiáng)離子氫鍵的可逆解離-重構(gòu)特性，通過(guò)可擴(kuò)展、普適的水焊接策略實(shí)現(xiàn)了具有各向異性孔結(jié)構(gòu)氣凝膠板的大規(guī)模制備，長(zhǎng)程有序的孔結(jié)構(gòu)可確保氣凝膠材料光學(xué)性質(zhì)及綜合性能的可靠性。此外，該全生物質(zhì)氣凝膠材料具有阻燃、可快速自修復(fù)、可循環(huán)利用和可生物降解等性能，在材料來(lái)源、制備、使用及廢棄的全生命周期具有高環(huán)境友好性。該工作為未來(lái)可持續(xù)輻射冷卻材料的設(shè)計(jì)制備提供新思路。
圖1 本征光致發(fā)光生物質(zhì)輻射冷卻氣凝膠板示意圖
圖2 GE-DNA氣凝膠的自修復(fù)、循環(huán)回收和可生物降解性能
圖3 GE-DNA氣凝膠的輻射冷卻機(jī)制與制冷效率
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52122302）和四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023NSFSC19）的支持。
(本文由中國(guó)消防協(xié)會(huì)防火材料分會(huì)供稿)
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