來源 | Advanced Functional Materials

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背景介紹

氣凝膠是一類納米多孔材料，是最有前途的保溫材料之一。其獨特的結構使其具有高比表面積(SSA)、極高孔隙率、超低密度、低導熱系數等特性，使氣凝膠在建筑、航空航天、儲能、氣體檢測、催化、吸附、傳感器和熱管理等領域工業領域得到了廣泛的應用。硅基氣凝膠因其導熱系數低、熱穩定性強而被廣泛用作輕質保溫材料，現已顯示出巨大的商業價值，有助于減少碳排放。二氧化硅氣凝膠是一種具有超低密度和導熱性的多孔材料，因其優異的保溫性能而越來越受到學術界和工業界的關注。二氧化硅氣凝膠在絕熱材料中的廣泛應用是由于其超低導熱系數。因此，太陽能加熱和輻射冷卻二氧化硅氣凝膠可能在室外環境中發揮關鍵作用，二氧化硅氣凝膠的低導熱系數可能會嚴重阻礙傳導和對流散熱，但由于其白天的高透明度，太陽能加熱可能會突出，而由于其在夜間的強大輻射冷卻，其本身將成為冷卻器，從而導致與傳統認知相反的熱管理行為。因此，如何自適應控制二氧化硅氣凝膠的保溫、太陽能加熱和輻射冷卻，以獲得按需的二氧化硅氣凝膠熱管理行為仍然是一個挑戰。

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成果掠影

近期，為了深入探索氣凝膠的熱管理性能，近日，中科院蘇州納米所李清文和王錦等人設計合成了系列具有不同光學性能（包括不同太陽光透過率和中遠紅外發射率）的氧化硅氣凝膠，系統研究了自然環境下氧化硅氣凝膠的熱管理性能。當二氧化硅氣凝膠用于熱管理時，隔熱始終是唯一的考慮因素。本研究揭示了二氧化硅氣凝膠在不同環境下被動保溫、被動加熱或被動冷卻的按需熱管理(ODTM)。二氧化硅氣凝膠的ODTM行為可以簡單地通過其光學性質的變化來實現，例如太陽光透明度和紅外發射率，這些變化可以通過構建塊的微觀結構和表面成分設計來控制。二氧化硅氣凝膠的ODTM行為可以簡單地通過其光學性質的變化來實現，例如太陽光透明度和紅外發射率，這些變化可以通過構建塊的微觀結構和表面成分設計來控制。傳統的透明二氧化硅氣凝膠可以實現白天比環境溫度高25℃的強勁太陽能加熱和夜間7℃的低于環境的冷卻。該研究指導了對二氧化硅氣凝膠熱管理行為的全面理解，并通過調整二氧化硅氣凝膠的光學和導熱性能，導致二氧化硅氣凝膠的ODTM應用。研究成果以“Optical Design of Silica Aerogels for On-Demand Thermal Management”為題發表于《Advanced Functional Materials》。

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圖文導讀

圖1.傳統二氧化硅氣凝膠的被動保溫性能。

圖2.二氧化硅氣凝膠的被動式太陽能加熱和PRC。

圖3.二氧化硅氣凝膠的太陽加熱和PRC行為的原因和機理。

圖4.二氧化硅氣凝膠的ODTM處理策略。

圖5.不同透明度和反射率二氧化硅氣凝膠的ODTM性能。

END

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