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可扩展制造且机械鲁棒的超疏水分层材料 实现自清洁被动冷却

2024-04-02 17:14:08  来源:激光网    

随着工业化进程的加快和能源消耗的增加,碳中和和二氧化碳排放达峰已成为世界共同的发展目标。近年来,能源过度消耗已成为满足当前全球绿色可持续发展需求的紧迫问题。然而,建筑领域的空间冷却和制冷设备的能源使用量占世界能源消耗的40%。有必要制造自冷却材料以适应节能理念的要求。具有反射和辐射冷却效率的环保且廉价的日间被动冷却材料引起了节能领域研究人员的关注。基尔霍夫定律表明,高发射率的材料通常伴随着优异的吸收率。因此,辐射冷却相对难以实现,因为材料吸收的热量会升高温度。为了获得卓越的冷却效率,需要高太阳反射率和热发射率。太阳光反射效应在冷却材料中发挥着重要作用,作为防止阳光进入人类环境的第一道屏障。受菲涅尔方程的启发,设计具有不同折射率的多组分复合物将提高界面反射效率。

近年来,人们提出了多种制备太阳能反射材料的策略,主要包括两个方面:1.引入无机反射颗粒,如TiO 2 、ZnO 、SrTiO 3、MgTiO 3 、Bi 4 Ti 3 O 12等将其引入到聚合物基体中制备聚合物复合材料,2.通过溶剂相转化、溶剂萃取[4]和发泡方法制造高阳光反射率多孔材料。其中,聚合物反射复合材料因其优异的机械性能和易于加工性而被广泛选择作为屋顶冷却材料。毛等人。将聚甲基丙烯酸甲酯与钛酸锶组合制备冷却复合材料,可实现72.2%的太阳光反射率和11.4℃的冷却效果。齐等人。将聚(苯乙烯-丙烯腈)、二氧化钛和三氧化铬混合制备冷却材料,反射率达到73.7%。吕等人。制备了聚乙烯醇/钛酸锌涂料进行冷却性能测试,可实现14。9℃冷却效果。虽然聚合物反射复合材料的太阳光反射率主要在75%左右,但其综合性能在建筑屋顶上具有实际应用前景。

值得指出的是,屋顶降温材料一般会受到风雨中的灰尘影响等,会造成表面残留污渍,影响太阳光反射效果。超疏水表面由于具有优异的自洁和防污性能,可以满足户外使用性能的需求。超疏水表面可以基于以下两种典型模型轻松制备,即在低表面能表面上构建微纳米结构和在粗糙表面上修饰低表面能表面。大多数超疏水材料的耐久性较差,并且由于表面结构较弱而容易失去自清洁和防污性能。

在目前的工作中,制造了一种具有机械强度、超疏水性和被动冷却特性的多层复合材料。本文选择聚丙烯(PP)和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)共混物作为新一代屋面防水卷材作为基质。典型的热固性材料环氧树脂(EP)被选为坚固层,具有优异的附着力、坚固性和一致的物理化学性能。采用高阳光反射率无机颗粒钛酸镁(MT)制备反射涂层。通过多种涂层方法制备多层复合涂层,并分析其冷却性能、润湿性和坚固性。

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