全球氣候(hou)變化(hua)和城市化(hua)加速(su)進程導致(zhi)了(le)嚴重的(de)能(neng)源、環境和安全問題。低(di)碳(tan)、低(di)能(neng)耗的(de)被動(dong)輻射冷(leng)卻技術是(shi)解決全球變暖的(de)一種有前景的(de)熱(re)管理策略。傳統(tong)的(de)石(shi)油化(hua)工產品制(zhi)備的(de)輻射冷(leng)卻材料往往存在制(zhi)冷(leng)效率低(di)、環境友(you)好性差等(deng)問題。
近(jin)日,四(si)川大學(xue)環保型高分子材料(liao)國(guo)家地方聯合工程實驗室王玉忠院士(shi)(shi)團(tuan)隊(dui)趙(zhao)海(hai)波教(jiao)(jiao)授提出了(le)一種基于生物質(zhi)本征光致(zhi)發光輻射制冷新策略,發展了(le)具有高太陽光反射率、可循環利用的全生物質(zhi)輻射冷卻氣(qi)凝膠。研(yan)究成果(guo)以“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”為(wei)題(ti)發表(biao)在(zai)Science上,論(lun)文(wen)的第一作者為(wei)四(si)川大學(xue)化(hua)學(xue)學(xue)院2022級碩士(shi)(shi)研(yan)究生馬健文(wen),趙(zhao)海(hai)波教(jiao)(jiao)授為(wei)論(lun)文(wen)的通訊(xun)作者。
由明(ming)膠(jiao)(jiao)(jiao)和(he)(he)DNA制備(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有獨特(te)的(de)(de)(de)(de)熒光(guang)(guang)(guang)/磷(lin)光(guang)(guang)(guang)特(te)性(xing)以及(ji)高度有序的(de)(de)(de)(de)層狀結構(gou)。這種(zhong)本征光(guang)(guang)(guang)致發光(guang)(guang)(guang)效(xiao)應使得(de)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)將吸收的(de)(de)(de)(de)紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)(guang)轉化(hua)為可見光(guang)(guang)(guang),有效(xiao)提(ti)高氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料在可見光(guang)(guang)(guang)區域的(de)(de)(de)(de)太陽光(guang)(guang)(guang)加權反射(she)率(lv)(lv)(太陽光(guang)(guang)(guang)模(mo)擬下高達(da)104.0%),大(da)幅增益氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)日(ri)間(jian)輻射(she)冷卻效(xiao)率(lv)(lv),在高太陽輻照度的(de)(de)(de)(de)戶外(wai)條件(jian)下,環境溫(wen)度降低達(da)16.0 ℃。另一方面,利(li)用(yong)水介(jie)導氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)界面處強離子氫鍵的(de)(de)(de)(de)可逆(ni)解離-重(zhong)構(gou)特(te)性(xing),通過可擴展(zhan)、普(pu)適的(de)(de)(de)(de)水焊接(jie)策(ce)略實現了(le)具(ju)有各向異性(xing)孔(kong)結構(gou)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)板的(de)(de)(de)(de)大(da)規模(mo)制備(bei)(bei),長(chang)程有序的(de)(de)(de)(de)孔(kong)結構(gou)可確保氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料光(guang)(guang)(guang)學性(xing)質(zhi)及(ji)綜合性(xing)能的(de)(de)(de)(de)可靠性(xing)。此外(wai),該全生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料具(ju)有阻(zu)燃、可快速自修復(fu)、可循(xun)環利(li)用(yong)和(he)(he)可生(sheng)物(wu)(wu)降解等性(xing)能,在材(cai)料來源、制備(bei)(bei)、使用(yong)及(ji)廢棄的(de)(de)(de)(de)全生(sheng)命(ming)周期具(ju)有高環境友(you)好性(xing)。該工(gong)作為未來可持續輻射(she)冷卻材(cai)料的(de)(de)(de)(de)設計制備(bei)(bei)提(ti)供新思路(lu)。

圖1 本征光(guang)(guang)致(zhi)發(fa)光(guang)(guang)生(sheng)物質(zhi)輻射冷卻(que)氣凝膠(jiao)板示(shi)意(yi)圖

圖2 GE-DNA氣凝(ning)膠的自修復(fu)、循環回收和可生物降解性能

圖3 GE-DNA氣凝膠的輻射(she)冷(leng)卻機制與制冷(leng)效率
該(gai)工作得到了國家自然科學基金(52122302)和四川省科技計劃項目(2023NSFSC19)的支持(chi)。
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