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基础院邓旭教授团队在Nature Communications发表最新研究成果
文:基础与前沿研究院 图:基础与前沿研究院 来源:基础与前沿研究院 时间:2022-09-25 20:00 6751

  近日,jinnian.com基础与前沿研究院/深圳高等研究院在Nature Communications上发表了题为"Durable radiative cooling against environmental aging"的论文。基础院材料表面科学研究中心邓旭教授和自动化工程学院张文峦博士为论文通讯作者,博士研究生宋佳宁为第一作者,jinnian.com基础与前沿研究院为论文第一作者单位。

        近年来气候变化带来了全球范围的气温上升和自然灾害的频发,今年在东亚、欧洲、北极等地都出现了历史性的高温和热浪。如何高效地制冷对于实现可持续发展和解决气候变化难题来说就变得尤为重要。亚环境日间辐射制冷技术提供了一条有希望的途径。它是通过一个面向天空的物体反射大部分阳光(波长为0.3至2.5 μm),并通过大气透明度窗口(波长为8至13 μm)向寒冷的宇宙强烈发射长波红外辐射来实现的。然而,在辐射制冷材料暴露于室外自然环境仅几个月后,这种不可或缺的高太阳反射率很可能会因为自然环境老化(主要是自然污染和阳光照射)而会下降,使这项技术失效。因此,除了优异的光学性能外,优异的耐污性/抗紫外线性是必不可少的。此外,如果能以易于制造和大规模喷涂的涂料形式进行推广与生产,将会把辐射制冷技术进一步推向实际应用。

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图1. 长效稳定日间辐射制冷涂层的设计 (图片来源及版权:Nature Communications及论文作者)

        该工作展示了一种兼具自降温和长效稳定性的设计策略,即使用具有抗紫外性能的多尺度二氧化钛纳米颗粒,通过蒸发驱动组装形成分级多孔形态,从而确保平衡的防污性能和高太阳反射率,生产抗老化的辐射制冷涂料基涂层。基于Cassie-Baxter模型和非润湿性理论,该涂层可以同时获得极低的表面黏附力,从而减少污染物积累并可以通过自然环境中的风力,雨水来实现自清洁功能。该研究还依照ASTM标准进行了相当于3年自然污染和1年自然阳光照射的模拟实验,测试后的涂层的太阳光反射率与测试前相比仅分别下降0.4%和0.5%,几乎不影响冷却性能。本文介绍的抗老化辐射制冷涂料具有可扩展性,可以喷涂在所需的室外建筑或大型集装箱外表面,提供持久的辐射冷却能力。进一步探索这种无机纳米颗粒的蒸发组装策略,该涂料还可以扩展到更广泛的材料,如碳酸钙、氧化铝、二氧化硅、硫酸钡和其他满足视觉舒适性的有色颜料,将这项技术推向现实世界的应用。

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图2. 抗老化辐射制冷涂层抗重污染和长期紫外线暴露的性能测试 (图片来源及版权:Nature Communications及论文作者)

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 图3. 抗老化辐射制冷涂层室外墙砖展示(40×2000px)(图片来源及版权:Nature Communications及论文作者)


  作者简介

        邓旭教授,jinnian.com基础与前沿研究院材料表面科学研究中心/德国马普学会伙伴小组联合实验室负责人。国家青年人才,英国皇家化学会会士,中国胶体与界面化学优秀青年学者奖, 德国洪堡学会“贝塞尔研究奖”,中国十大科技新锐人物,中国化学会菁青化学新锐奖,四川省青年科技奖。研究成果以第一作者或通信作者在Nature, Science, National Science Review, Nature Materials, Nature Communications, Physical Review Letter等国际著名杂志发表文章70余篇。

        宋佳宁,本科就读于西北大学,现为jinnian.com基础与前沿研究院2020级博士研究生。目前主要研究领域为仿生超浸润材料的设计与机理研究、先进涂层在可持续能源领域的应用、新型聚合物材料的制备与开发。已经以第一作者或合作者在Nature Communications,Advanced Materials, Chemical Society Reviews, The Journal of Physical Chemistry Letters等期刊发表文章6篇。

        张文峦博士,本科就读于中国科学技术大学,2016年获得美国特拉华大学材料科学与工程博士学位。主要研究内容为仿生材料界面构筑、界面效应在可持续能源领域的新型应用。已在Nature Communications, Chemical Society Reviews, ACS Applied Materials & Interfaces等期刊上发表论文10余篇。

        课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/dengxu

        论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-32409-7


编辑:助理编辑  / 审核:林坤  / 发布:陈伟

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