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Nature Nanotechnology:穿上自动降温,夏天再也不怕热的纳米织物!
Bin Zhu 1,5, Wei Li 2,5, Qian / 2021-11-16     阅读次数:69

 

【文章概述】

在全球范围内,制冷占用电量的15%左右,而被动式个人热管理策略对人类可持续节能发展至关重要。在漫长的文明历史中,各种各样的织物和纺织品被用来给人体带来舒适和魅力,同时保护人体免受温度变化的影响。虽然人们已经提出设计各种冷却纺织品,但尚未实现基于纺织品的日间辐射冷却到低于环境温度。蚕丝以其漂亮的外观和皮肤上的凉爽舒适感而闻名,但蚕丝是一种天然蛋白质织物,蛋白质在紫外线区域的固有吸收阻止天然丝绸在阳光下实现净冷却。如何克服蚕丝的固有缺点就可以实现日间辐射冷却,这就提供了一个极具前景的方向。

【成果简介】

南京大学朱嘉教授,斯坦福大学范汕洄教授共同开发一种通过分子键合设计和可扩展的偶联剂辅助浸渍镀膜进行丝绸的纳米加工的方法,所加工的纳米丝成功实现了亚环境日间辐射冷却。在太阳辐照度>900W·m-2下,独立纳米丝的温度低于环境温度约3.5°C。与天然丝相比,涂有纳米加工丝的模拟皮肤的温度降低8°C。在不影响其穿着和舒适性的情况下,真正实现纳米处理真丝的亚环境日间辐射冷却。该材料符合奇材馆理念,后续开发值得期待!

【图文导图】

1纳米丝的日间辐射冷却设计。

a)天然丝在紫外光区域的高吸收率而产生的网热性能示意图。

b)蚕丝蛋白分子吸收紫外线的示意图。

c)天然丝在0.3~2.5μm波长范围内的反射率谱。

d)通过增强UV反射率的纳米丝的净冷却性能示意图。

e)通过偶联剂将纳米粒子连接到丝上,增强抗紫外线性能的纳米丝示意图。

f)纳米丝在0.3~2.5μm波长范围内的反射率光谱。

 

2纳米丝的制备与表征。

a)模拟Al2O3颗粒在0.3-0.42μm波长范围内,当颗粒直径为0.1~0.5μm时在丝绸中的归一化散射效率。

b)制备纳米丝的示意图。

c,d)天然丝和纳米丝的FTIR (c)XPS (d)光谱。

e)纳米丝织物照片。

f)带有Al2O3颗粒的纳米丝的高倍扫描电镜图像。

g)经TT处理和不经TT处理的纳米真丝织物拉伸加捻后的光学图像。

h)纳米丝在0.3-18μm波长范围内的反射率光谱。

3天然丝和纳米丝辐射冷却性能的测定。

a)辐射冷却装置的示意图。

b)试验地点的地形和气象信息。

c)天然丝、纳米丝和周围空气的温度数据以及太阳辐照度。

d)环境空气与天然丝的温差,环境空气与纳米丝的温差。

4耐磨损纳米丝及其耐磨性能的热测量。

a)在加利福尼亚的斯坦福,阳光下模拟皮肤的热测量装置的照片。

b)设置原理图

 c,d)在加利福尼亚斯坦福大学裸露的模拟皮肤和在阳光下覆盖棉花、丝绸或纳米加工丝绸4小时的模拟皮肤的太阳辐照度和温度数据。

e)南京阳光下一个人穿着由纳米丝、丝绸和棉花制成的衬衫的红外图像和光学照片。

f)不同纺织品的水蒸气透过率随时间的测量。

g)不同纺织品的排汗距离,显示其输送汗液快速蒸发的能力

【奇材馆点评】

该团队为我们展示对蚕丝进行纳米加工后的物质实现亚环境辐射冷却性能的方法,在白天达到低于环境温度约3.5°C,当覆盖模拟皮肤时,可以在阳光下也实现降低约8°C的皮肤温度,舒适性和穿着性能与天然蚕丝相似。这种通过方便和可扩展的过程量身定做天然材料的策略,为实现个人热管理提供一种可持续的节能方法,还可以为被动冷却材料和设备的开发提供新的途径,以降低能耗。期待以后可以穿上这样的衣服。

【论文信息】

Subambient daytime radiative cooling textile based on nanoprocessed silk

Nature Nanotechnology:(IF=29.838

Pub Date 2021.11.08

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00987-0

Bin Zhu 1,5, Wei Li 2,5, Qian Zhang1,3, Duo Li1, Xin Liu1, Yuxi Wang1, Ning Xu1, Zhen Wu1, Jinlei Li1, Xiuqiang Li1, Peter B. Catrysse 4, Weilin Xu3, Shanhui Fan 4  and Jia Zhu

1National Laboratory of Solid State Microstructures, College of Engineering and Applied Sciences, Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Frontiers Science Center for Critical Earth Material Cycling, Nanjing University, Nanjing, People’s Republic of China.

 

 

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