寧波材料所利用纖維素基功能材料在被動(dòng)式日間熱管理方面取得進(jìn)展
全球氣候變暖和城市熱島效應(yīng)加劇，推動(dòng)內(nèi)環(huán)境熱管理技術(shù)向低碳化升級。傳統(tǒng)主動(dòng)式內(nèi)環(huán)境熱管理依賴空調(diào)制冷、電加熱，能耗巨大。被動(dòng)式日間熱管理(PDTM)技術(shù)雖為低碳可持續(xù)發(fā)展提供新路徑，但現(xiàn)有單模PDTM材料難以解決太陽能季節(jié)性和地理分布變化帶來的過冷問題。若通過電加熱或電致變色等主動(dòng)方式補(bǔ)償，又會(huì)額外增加能耗，因此近零能耗的動(dòng)態(tài)PDTM材料成為研究焦點(diǎn)。其中，雙模式PDTM材料(即集成兩種不同的靜態(tài)冷卻和加熱材料)，通過簡單翻轉(zhuǎn)切換即可解決過冷問題，但其核心瓶頸在于冷熱性能平衡——常用光熱材料因其固有的全光譜吸收特性，會(huì)瞬間產(chǎn)生過高的溫度，導(dǎo)致聚合物老化失效，如何篩選合適的加熱材料實(shí)現(xiàn)冷熱性能平衡成為關(guān)鍵難題。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)在朱錦研究員和那海寧研究員的帶領(lǐng)下長期從事生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)與應(yīng)用研究，前期圍繞纖維素基功能材料開展了卓有成效的研究工作（Energy Environ. Sci., 2024, 17, 5931-5940; Chem. Eng. J., 2025, 513, 162740）。近日，該團(tuán)隊(duì)針對這一問題設(shè)計(jì)了一種光譜選擇性光熱補(bǔ)償策略，基于微纖化纖維素特有的一維形貌和高中紅外發(fā)射率本質(zhì)及納米氧化銦錫（ITO）擁有的光譜選擇性光熱轉(zhuǎn)化能力，經(jīng)靜電自組裝得到三維均勻分散的微纖化纖維素（MFC）/納米ITO復(fù)合體（MIS），再通過原位靜電紡絲將聚己內(nèi)酰胺（PA6）冷卻層結(jié)合在串狀納米ITO / MFC光熱層基底上制備MIS-S膜。在加熱模式下，其特殊的選擇性光熱補(bǔ)償有助于將內(nèi)環(huán)境溫度提高0.5℃，防止過熱。在冷卻模式下，也保持了8.1 ℃的降低。這在獲得較高冷卻水平的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了冷卻和加熱之間的良好平衡，從而解決了聚合物基體材料的過熱老化和失效問題。這種具有優(yōu)異冷熱平衡性能的近零能耗PDTM技術(shù)，可滿足未來社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。
該工作以“Nano-ITO induced Janus membrane enables spectrally selective photothermal compensation for passive daytime thermal management”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.202529459）。寧波材料所與浙江工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生靳晨凱為第一作者，朱錦研究員和那海寧研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52303142)、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所長基金重點(diǎn)項(xiàng)目(E30204QF21)、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(ZDYF2023XDNY053)、寧波市自然科學(xué)基金(2024J437)、寧波市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2025Z112)的支持。
圖(a)MIS-S膜的的設(shè)計(jì)合成示意圖；(b)不同光熱材料及復(fù)合體系的太陽能利用率對比圖（A+R=100%）
（高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室 那海寧）