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智能辐射制冷薄膜的制备及提升水收集速率研究

辐射制冷，超材料，微纳结构

建筑物热管理技术是能源消耗的大户，目前占全球能源消耗的51%。炙热的太阳能及寒冷深空的冷能是清洁、无污染的能源，是有望降低建筑物热管理能耗的有效手段。然而，以太阳能和寒冷深空的冷能为基础的光热技术及辐射制冷技术，均是静态，因此难以满足现役多种环境的需求。同时在光热技术及辐射制冷技术利用的光学原理是相反的，难以将其统一起来。基于此，利用静电纺丝技术设计并制备了一种顺序的多层聚合物纤维薄膜，这个薄膜有顶层的PNA纤维和底层的PPy纤维组成，制备了一种原位可切换的光选择性聚合物（PSP）材料。所制备的PSP材料表现出97.7%的高太阳光反射率和94.9%的高宽带发射率，导致111.1 W m⁻²的辐射冷却功率。PSP薄膜的这种“冷却”状态可以通过浸渍折射率匹配液体很容易地切换到“加热”状态，该液体可以抑制薄膜-空气界面的散射，降低薄膜的太阳带反射率。得益于所设计的PSP薄膜的高度多孔结构，其转换时间不到5分钟，可实现约95.6%的集成太阳能吸收率，估计加热功率为781.6 W m⁻²。所进行的数值计算进一步支持了所开发的PSP薄膜在高纬度建筑热管理方面的巨大潜力，每年可节省高达89.74 GJ m⁻²的能源，并将二氧化碳排放量减少至21.69吨。