來源 | ACS Photonics
原文 | https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsphotonics.3c00241
01
背景介紹
日間輻射制冷（PDRC）技術是一種環(huán)境友好型的零能耗被動式制冷技術，能夠有效減少當前人類用于制冷的能源消耗，從而緩解能源與環(huán)境危機，具有廣闊的應用前景。PDRC的主要技術指標是實現(xiàn)超高的太陽光譜反射率和超高的大氣窗口發(fā)射率，同時在某些特殊的應用場景中（如服裝、帳篷等），需要考慮透氣性、防水性、柔韌性、強度和耐久性等性能。而目前的輻射制冷織物雖然能夠滿足實際應用中的防水透氣需求，但光學特性相對較差。因此，打破超高雙波段光學特性與多種應用需求之間的兼容壁壘是PDRC面臨的一大挑戰(zhàn)。
人體皮膚(表皮和真皮層)是一個近乎完美的紅外發(fā)射器件，得益于以下三種生物組織結(jié)構(gòu)：表皮層的褶皺微結(jié)構(gòu)，真皮層含有的三維交錯排列的膠原纖維及表皮層和真皮層中都存在的微米孔。人體皮膚的大氣窗口紅外發(fā)射率可達97%，是醫(yī)學熱成像中紅外發(fā)射率的最高記錄。除了散熱功能外，人體皮膚的表皮層還能保護人體免受紫外線的傷害。此外，人類皮膚在透氣性、防水性和柔韌性方面具有優(yōu)異的表現(xiàn)。
02
成果掠影
近期，哈爾濱工業(yè)大學教師程子明及博士生張鑫平，針對目前輻射制冷技術在追求雙波段(太陽波段和大氣窗口波段)光學特性和兼容多種應用功能需求之間的權衡與挑戰(zhàn)，受人體皮膚表皮層和真皮層結(jié)構(gòu)的高效光學性能和防水透氣性能啟發(fā)，成功設計并制備出一種具有超高光學特性且兼具良好透氣性耐久性和柔韌性的高效仿生輻射制冷織物。通過引入光子板狀孔效應，實現(xiàn)了比Mie共振更強的后向散射。通過簡單且可規(guī)模化的浸染工藝，制備出了具有97%太陽光反射率和97%大氣窗口發(fā)射率的仿生輻射制冷織物。戶外測試表明，該制冷織物溫度明顯低于市面上無紡布、滌綸、亞麻布等白色布料，該織物在日間實現(xiàn)平均低于環(huán)境溫度5.2°C的溫降；穿戴使用該制冷織物制成的帽子，人體頭頂部溫度可比戴白色棉帽溫度低5.0°C；該制冷織物可廣泛應用到戶外帳篷、車衣等領域。相關研究結(jié)果以“Scalable bio-skin inspired radiative cooling metafabric for breaking trade-off between optical properties and application requirements”為題發(fā)表于《ACS Photonics》。
03
圖文導讀
圖1 受人體皮膚啟發(fā)的仿生輻射制冷織物的理論設計。
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