近日，陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川、劉新華等報(bào)道了一種基于“里應(yīng)外合”策略的雙層可穿戴天然皮膚，并用于輻射冷卻領(lǐng)域。該雙層可穿戴天然皮膚內(nèi)外層均兼具高反射率與高發(fā)射率，因此在雙層功能協(xié)同作用下，制備的可穿戴輻射冷卻天然皮膚在太陽(yáng)光譜區(qū)及大氣透明窗口均表現(xiàn)出較高的反射率與發(fā)射率。戶外多項(xiàng)應(yīng)用測(cè)試中均表現(xiàn)出較為優(yōu)異的輻射冷卻性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際材料領(lǐng)域著名期刊Small上。
圖1 可穿戴輻射冷卻皮膚的制備及微觀表征
近年來(lái)，隨著全球氣候的變暖問(wèn)題，研究者們對(duì)無(wú)需額外能量便可達(dá)到降溫目的的被動(dòng)日間輻射冷卻（PDRC）技術(shù)產(chǎn)生了極大興趣，在此基礎(chǔ)上，可穿戴、便攜式的熱管理材料得到了廣泛的研究。然而，大多數(shù)可穿戴熱管理材料是不可回收或不可降解的，對(duì)環(huán)境造成了較大的威脅。因此，在天然材料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)可穿戴材料已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。基于此，本研究采用了簡(jiǎn)單的內(nèi)外協(xié)同策略，成功制備了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的“可穿戴輻射冷卻皮膚”（RC-skin）?；讓佑伤疅岷铣煞ㄖ苽涞募婢吒叻瓷洹⒏甙l(fā)射的納米亞磷酸鎂（Mg11(HPO3)8(OH)6）通過(guò)浸漬的方式填充的天然皮膚構(gòu)成。外層是納米亞磷酸鎂（Mg11(HPO3)8(OH)6）與聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF- HFP)復(fù)合，通過(guò)相轉(zhuǎn)化法在天然皮膚表面構(gòu)筑的復(fù)合涂層。RC-skin在太陽(yáng)光譜區(qū)（0.3-2.5μm）具有92.7%的高反射率，大氣透明窗口（8-13μm）具有95%的高發(fā)射率。
此外，RC-skin還表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能、疏水性和耐干濕摩擦性能，實(shí)際水洗測(cè)試中，也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。同時(shí)，亞環(huán)境下進(jìn)行了輻射冷卻性能的測(cè)試，結(jié)果顯示與空白對(duì)照組相比，RC-skin溫度降低了~7.5℃。將其粘貼在手臂上，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的太陽(yáng)光照射，熱成像下可觀察到粘貼處與裸露部位存在明顯的色差。進(jìn)一步進(jìn)行了多項(xiàng)戶外實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，均得到了較顯著的冷卻效果。綜合表明RC-skin具有優(yōu)異的輻射冷卻性能，在智能穿戴、低碳出行、建筑材料、智能溫差發(fā)電等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
圖2 可穿戴輻射冷卻皮膚原理示意圖及冷卻效果圖
圖3 可穿戴輻射冷卻皮膚戶外應(yīng)用測(cè)試圖
相關(guān)成果以“Facile “synergistic inner–outer activation” strategy for nano-engineering of nature-skin-derived wearable daytime radiation cooling materials”為題發(fā)表在Small（DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202207602）上。
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