陕科大王学川/刘新华 Small：基于“里应外合”策略的可穿戴辐射冷却天然皮肤

2023-03-16 来源：高分子科技

近日，陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川、刘新华等报道了一种基于“里应外合”策略的双层可穿戴天然皮肤，并用于辐射冷却领域。该双层可穿戴天然皮肤内外层均兼具高反射率与高发射率，因此在双层功能协同作用下，制备的可穿戴辐射冷却天然皮肤在太阳光谱区及大气透明窗口均表现出较高的反射率与发射率。户外多项应用测试中均表现出较为优异的辐射冷却性能。相关研究成果发表于国际材料领域著名期刊Small上。

图1 可穿戴辐射冷却皮肤的制备及微观表征

近年来，随着全球气候的变暖问题，研究者们对无需额外能量便可达到降温目的的被动日间辐射冷却（PDRC）技术产生了极大兴趣，在此基础上，可穿戴、便携式的热管理材料得到了广泛的研究。然而，大多数可穿戴热管理材料是不可回收或不可降解的，对环境造成了较大的威胁。因此，在天然材料的基础上开发可穿戴材料已成为人们关注的焦点。基于此，本研究采用了简单的内外协同策略，成功制备了一种具有双层结构的“可穿戴辐射冷却皮肤”（RC-skin）。基底层由水热合成法制备的兼具高反射、高发射的纳米亚磷酸镁（Mg₁₁(HPO₃)₈(OH)₆）通过浸渍的方式填充的天然皮肤构成。外层是纳米亚磷酸镁（Mg₁₁(HPO₃)₈(OH)₆）与聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF- HFP)复合，通过相转化法在天然皮肤表面构筑的复合涂层。RC-skin在太阳光谱区（0.3-2.5μm）具有92.7%的高反射率，大气透明窗口（8-13μm）具有95%的高发射率。

此外，RC-skin还表现出优异的力学性能、疏水性和耐干湿摩擦性能，实际水洗测试中，也表现出优异的稳定性。同时，亚环境下进行了辐射冷却性能的测试，结果显示与空白对照组相比，RC-skin温度降低了~7.5℃。将其粘贴在手臂上，经过不同时间的太阳光照射，热成像下可观察到粘贴处与裸露部位存在明显的色差。进一步进行了多项户外实际应用测试，均得到了较显著的冷却效果。综合表明RC-skin具有优异的辐射冷却性能，在智能穿戴、低碳出行、建筑材料、智能温差发电等领域具有巨大的应用潜力。

图2 可穿戴辐射冷却皮肤原理示意图及冷却效果图

图3 可穿戴辐射冷却皮肤户外应用测试图

相关成果以“Facile “synergistic inner–outer activation” strategy for nano-engineering of nature-skin-derived wearable daytime radiation cooling materials”为题发表在Small（DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202207602）上。陕西科技大学博士生谢龙为本论文的第一作者，通讯作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院王学川教授和刘新华副教授。感谢感谢国家自然科学基金（2207081675、22278257），陕西重点研发计划项目（2022GY-272），陕西省科协青年人才支撑计划项目（20200424），教育部产学研结合创新基金- 2018年度“蓝火计划(惠州)”项目（CXZJHZ201801）和中国博士后基金项目（2021M692000）等对本工作的大力支持！

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202207602

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（责任编辑：xu）

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