近年来,基于材料表面特殊光谱效应的辐射冷却涂层(RCC)为可持续的零能耗建筑热管理提供了一种有效解决方案。然而,由于无法适应波动的环境和气候条件,单一热管理模式的RCC规模化应用受到极大限制。更重要的是,由于强的大气窗口依赖性,RCC的制冷功率通常低于150 W m 人体皮肤作为一种天然的中红外发射器,在安静状态下主要通过辐射散热来调节体温。对于人体皮肤而言,优异的动态热调节
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近年来ღ★★★✿,基于材料表面特殊光谱效应的辐射冷却涂层(RCC)为可持续的零能耗建筑热管理提供了一种有效解决方案ღ★★★✿。然而ღ★★★✿,由于无法适应波动的环境和气候条件ღ★★★✿,单一热管理模式的RCC规模化应用受到极大限制ღ★★★✿。更重要的是ღ★★★✿,由于强的大气窗口依赖性ღ★★★✿,RCC的制冷功率通常低于150 W m
人体皮肤作为一种天然的中红外发射器ღ★★★✿,在安静状态下主要通过辐射散热来调节体温ღ★★★✿。对于人体皮肤而言ღ★★★✿,优异的动态热调节机制是维持体温恒定的关键ღ★★★✿。当体温较高时ღ★★★✿,汗腺会自发释放汗液从而促进蒸发冷却以提高皮肤的冷却能力公海赌网址710客服ღ★★★✿。有趣的是ღ★★★✿,人体皮肤表面的汗腺数量有限ღ★★★✿,这有助于维持体内水分防止高温时人体瞬间大量脱水ღ★★★✿。模仿皮肤的热管理机制和生物结构为有效解决辐射冷却的基础问题提供了解决思路ღ★★★✿。除了热辐射和蒸发冷却对温度调控过程存在影响外ღ★★★✿,自适应的太阳光谱调节也是动态热管理中至关重要的因素ღ★★★✿。迄今为止ღ★★★✿,具有自主温度调节和高冷却功率(150 W m-2)的涂层用于零能耗热管理仍然缺乏ღ★★★✿。
四川大学高分子科学院与工程学院李忠明教授公海赌网址710客服ღ★★★✿、雷军教授团队(塑料高性能化加工与装备课题组)报告了一种具有自主热调节和高制冷功率的仿生皮肤高分子凝胶涂层(BSMC)ღ★★★✿,旨在解决传统辐射冷却涂层的挑战ღ★★★✿,实现建筑的高效热管理ღ★★★✿。与传统的RCC不同ღ★★★✿,BSMC涂层中引入了一种可调的仿生皮肤汗液蒸发冷却策略公海赌网址710客服ღ★★★✿,以提高其在高温下的制冷能力ღ★★★✿。同时ღ★★★✿,采用热变色策略解决了人体皮肤无法适应性调节光谱的限制ღ★★★✿。具有分层结构的仿生皮肤涂层不仅能够实现多种场景应用嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿,还能够满足多功能需求ღ★★★✿。该研究以题为“Biomimetic, hierarchical-programmed gel coating for adaptive and sustainable thermal modulation”的论文发表在Matter期刊上ღ★★★✿。论文的通讯作者是雷军教授ღ★★★✿、李忠明教授ღ★★★✿,第一作者是博士生郭志广ღ★★★✿。
该研究采用分层结构设计(粘合层ღ★★★✿、温敏辐射层ღ★★★✿、吸湿层)与局部分子限制工程公海赌网址710客服ღ★★★✿,耦合了蒸发冷却ღ★★★✿、辐射散热和动态光谱调制功能ღ★★★✿,开发了一种可自主温度调控的仿生皮肤凝胶涂层(图1)ღ★★★✿。与传统的RCC不同ღ★★★✿,BSMC涂层中引入了一种可调的仿生皮肤汗液蒸发冷却策略ღ★★★✿,以提高其在高温下的制冷能力ღ★★★✿。此外ღ★★★✿,涂层还通过模仿皮肤的多层次结构调节涂层的水蒸发速率ღ★★★✿,并增强涂层与基底之间的附着力ღ★★★✿。同时ღ★★★✿,采用热变色策略解决了人体皮肤无法适应性调节光谱的限制ღ★★★✿。值得注意的是公海赌网址710客服ღ★★★✿,仿生皮肤涂层通过“温度响应开关”实现自主热调节ღ★★★✿,且该开关温度可根据具体应用需求进行轻松编辑ღ★★★✿。具有分层结构的仿生皮肤涂层不仅能够实现多种场景应用(如墙面ღ★★★✿、屋顶和窗户)ღ★★★✿,还能够满足多功能需求(如ღ★★★✿,用于军事中的热伪装网和多彩辐射冷却——这是辐射冷却的一大挑战)ღ★★★✿。
BSMC由三种不同结构和功能的水凝胶层组成(图2)ღ★★★✿。底层(PAAN)是通过紫外线诱导丙烯酸聚合反应制备ღ★★★✿,承担粘合剂作用来增强凝胶与基底之间的粘结强度ღ★★★✿。中间层(PNCS)在辐射冷却嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿、蒸发冷却(模拟汗腺)和自适应光学调制中起着重要作用ღ★★★✿。为了模拟皮肤的蒸发冷却机制ღ★★★✿,该研究优化了涂层中的水分吸收/释放性能ღ★★★✿,即调节仿生汗腺的数量ღ★★★✿。根据已有研究可知ღ★★★✿,提高水分吸收性能的有效策略是加入高浓度金属盐ღ★★★✿。然而ღ★★★✿,由霍夫迈斯特效应嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿,温敏聚合物的相变温度很容易受到金属盐浓度的影响ღ★★★✿。因此ღ★★★✿,该研究采用了多层结构策略嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿,将水分吸收(表面层ღ★★★✿:PAMPS)和释放单元(中间层)进行分离ღ★★★✿。此外ღ★★★✿,局部分子限域工程被应用于将金属离子锚定在水分吸收单元内以防止金属离子泄漏至中间层ღ★★★✿。通过多重表征与计算模拟ღ★★★✿,证明了“局部分子限域工程”这一主要基于配位化学原理的概念有效的解决了PNIPAM凝胶的霍夫曼斯特效应ღ★★★✿。具体来说ღ★★★✿,“局部分子限域工程”的核心理念就是利用配位键能的差异使得某些金属离子能够在强相互作用的聚合物相中选择性分布ღ★★★✿。此外ღ★★★✿,该研究还通过提高分子链网络密度和交联密度来进一步限制Ca2+在PAMPS中的迁移ღ★★★✿。
作者对仿生凝胶涂层的光学性能进行了表征公海赌网址710客服ღ★★★✿,结果表明BSMC涂层在可见光区透过率超过90%(20°C)ღ★★★✿;当温度升至40°C时ღ★★★✿,透光率降至10%以下ღ★★★✿,反射率提升至85%ღ★★★✿。光谱表征也证明了通过多层结构设计和图案化策略ღ★★★✿,BSMC涂层可以有效抑制霍夫迈斯特效应(盐析效应)ღ★★★✿,并支持彩色颜料的引入ღ★★★✿,实现多彩动态热调节ღ★★★✿。此外ღ★★★✿,涂层在20次相变后仍保持稳定透/反射性能ღ★★★✿,具备良好的循环稳定性ღ★★★✿。
作者为了调节凝胶在不同温度/湿度条件下的水蒸发/吸收速率ღ★★★✿,通过图案化设计策略制备了三种不同表面微结构的凝胶ღ★★★✿,探索了对水蒸发/吸收速率的影响(图3)嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿。BSMC-50在高温环境(40°C嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿,RHღ★★★✿:65%)下水分释放速率约为350 g m-²ღ★★★✿,通过水蒸发能够增加233 W m-²的冷却功率ღ★★★✿。BSMC在夜间自然环境中的水分吸收能力进行表征后ღ★★★✿,发现由于高吸湿性PAMPS层的存在ღ★★★✿,BSMC-50的吸水速率比BSMC-0高出45 g cm-² h-1ღ★★★✿。在40℃的烘箱中的温度变化ღ★★★✿,由于表面微结构的差异ღ★★★✿, BSMC-50与环境之间的最大温差可达到12℃ღ★★★✿。通过多层结构设计策略能够调节BSMC的水分管理行为ღ★★★✿。此外ღ★★★✿,多层结构设计还赋予涂层良好的附着力ღ★★★✿,有助于凝胶抵抗在过渡性脱水后发生变形ღ★★★✿,拓展了凝胶涂层的潜在应用ღ★★★✿。
在模拟太阳辐射(900 W/m²)下ღ★★★✿,BSMC-50@wood的腔体温度比涂覆传统RCC低1°Cღ★★★✿,户外测试中较普通木材降温8.5°C嘿嘿连载下载汅api免费旧版破解版ღ★★★✿,较商业RCC降温4°Cღ★★★✿。此外ღ★★★✿,涂覆有BSMC低发射材料应用于军事热伪装网中能够表现出非对称发射率特性ღ★★★✿,高发射面吸收热源辐射并通过蒸发冷却散热ღ★★★✿,低发射面减少热信号泄露ღ★★★✿,显著提升隐蔽性(图5)ღ★★★✿。
作者通过EnergyPlus模拟量化了BSMC的能源与环保效益ღ★★★✿。在中国不同气候区ღ★★★✿,BSMC应用于建筑屋顶ღ★★★✿、墙面和窗户后ღ★★★✿,年冷却能耗降低23-35 MJ/m²(北京节能49%)ღ★★★✿,加热能耗减少8%ღ★★★✿。全球推广后ღ★★★✿,预计每年减少19亿吨CO₂排放(占全球总量的5%)ღ★★★✿。BSMC在低纬度城市(如海口)单栋建筑年节能达110 GJღ★★★✿,人均减碳239 kg(图6)ღ★★★✿。
作者开发了一种仿生皮肤凝胶涂层ღ★★★✿,该涂层通过多层结构设计策略创新性地模拟了皮肤在不同环境中的热管理机制ღ★★★✿,并通过引入动态光谱调控耦合了双模热管理机制ღ★★★✿。此外ღ★★★✿,通过局部分子限域工程有效调节了涂层的水分蒸发/吸收速率ღ★★★✿,建立了水循环系统并延长了水蒸发的持续时间ღ★★★✿。值得注意的是ღ★★★✿,凭借多重热管理机制的耦合ღ★★★✿,制备的涂层展现了卓越的全天候自主热调节能力ღ★★★✿,无需任何能源消耗ღ★★★✿。另外ღ★★★✿,BSMC涂层为墙面ღ★★★✿、屋顶和窗户等多种应用场景提供了强大的热管理平台ღ★★★✿,满足多功能需求(如ღ★★★✿,彩色辐射冷却材料和热隐身网)ღ★★★✿。根据计算ღ★★★✿,制备的涂层可以提高制冷功率ღ★★★✿,并显著减少建筑热管理中全球二氧化碳排放量ღ★★★✿。本研究为开发优异的全天候建筑热管理涂层开辟了一条新途径ღ★★★✿,有助于全球低碳发展ღ★★★✿。公海赌赌船官网ღ★★★✿,工学院ღ★★★✿,公海赌赌船710app网站首页欢迎您公海赌网址710客服柳州ღ★★★✿,欢迎公海来到赌船710公海赌网平台ღ★★★✿,澳门ღ★★★✿,