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陜科大王學川/劉新華 Small：基于“里應外合”策略的可穿戴輻射冷卻天然皮膚

2023-03-16 來源：高分子科技

近日，陜西科技大學生物質與功能材料研究所王學川、劉新華等報道了一種基于“里應外合”策略的雙層可穿戴天然皮膚，并用于輻射冷卻領域。該雙層可穿戴天然皮膚內外層均兼具高反射率與高發射率，因此在雙層功能協同作用下，制備的可穿戴輻射冷卻天然皮膚在太陽光譜區及大氣透明窗口均表現出較高的反射率與發射率。戶外多項應用測試中均表現出較為優異的輻射冷卻性能。相關研究成果發表于國際材料領域著名期刊Small上。

圖1 可穿戴輻射冷卻皮膚的制備及微觀表征

近年來，隨著全球氣候的變暖問題，研究者們對無需額外能量便可達到降溫目的的被動日間輻射冷卻（PDRC）技術產生了極大興趣，在此基礎上，可穿戴、便攜式的熱管理材料得到了廣泛的研究。然而，大多數可穿戴熱管理材料是不可回收或不可降解的，對環境造成了較大的威脅。因此，在天然材料的基礎上開發可穿戴材料已成為人們關注的焦點。基于此，本研究采用了簡單的內外協同策略，成功制備了一種具有雙層結構的“可穿戴輻射冷卻皮膚”（RC-skin）。基底層由水熱合成法制備的兼具高反射、高發射的納米亞磷酸鎂（Mg₁₁(HPO₃)₈(OH)₆）通過浸漬的方式填充的天然皮膚構成。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)復合，通過相轉化法在天然皮膚表面構筑的復合涂層。RC-skin在太陽光譜區（0.3-2.5μm）具有92.7%的高反射率，大氣透明窗口（8-13μm）具有95%的高發射率。

此外，RC-skin還表現出優異的力學性能、疏水性和耐干濕摩擦性能，實際水洗測試中，也表現出優異的穩定性。同時，亞環境下進行了輻射冷卻性能的測試，結果顯示與空白對照組相比，RC-skin溫度降低了~7.5℃。將其粘貼在手臂上，經過不同時間的太陽光照射，熱成像下可觀察到粘貼處與裸露部位存在明顯的色差。進一步進行了多項戶外實際應用測試，均得到了較顯著的冷卻效果。綜合表明RC-skin具有優異的輻射冷卻性能，在智能穿戴、低碳出行、建筑材料、智能溫差發電等領域具有巨大的應用潛力。

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用測試圖

相關成果以“Facile “synergistic inner–outer activation” strategy for nano-engineering of nature-skin-derived wearable daytime radiation cooling materials”為題發表在Small（DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202207602）上。陜西科技大學博士生謝龍為本論文的第一作者，通訊作者為陜西科技大學輕工科學與工程學院王學川教授和劉新華副教授。感謝感謝國家自然科學基金（2207081675、22278257），陜西重點研發計劃項目（2022GY-272），陜西省科協青年人才支撐計劃項目（20200424），教育部產學研結合創新基金- 2018年度“藍火計劃(惠州)”項目（CXZJHZ201801）和中國博士后基金項目（2021M692000）等對本工作的大力支持！

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202207602

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（責任編輯：xu）

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