返回顶部
返回首页
返回首页
今天是    | 手机版 | 网站地图 | 新闻 | 原料 | 技术 |
拥有几千年历史的丝绸为何还能登上《自然·纳米技术》!南大朱嘉/斯坦福范汕洄最新成果,中国建材网,cnprofit.com
home 您现在的位置: 首页 >技术中心 > 详细信息
拥有几千年历史的丝绸为何还能登上《自然·纳米技术》!南大朱嘉/斯坦福范汕洄最新成果
2021年11月10日    阅读量:5036    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

减少能源消耗对可持续发展至关重要,因此制定被动式个人热管理策略对于人类可持续节能发展意义非凡。在漫长的文明史中,各种织物和纺织品被用来为人体带来舒适感和魅力,并保护人体免受温度变化的影响。尽管之前已经提出了各种冷却纺织品设计,但尚未实现基于纺织品的白天辐射冷却至环境温度以下中国建材网cnprofit.com。蚕丝是一种由蛾毛虫生产的天然蛋白质织物,以其闪亮的外观以及在皮肤上的凉爽和舒适感而闻名。最近人们认识到,丝绸的光学特性源自其分层微观结构,这可能是探索白天辐射冷却的一个有希望的起点。然而,蛋白质在紫外线区域的内在吸收阻止了天然蚕丝在阳光下实现净冷却。

鉴于此,南京大学朱嘉教授和斯坦福大学范汕洄教授通过分子键合设计和可扩展的偶联试剂辅助浸涂方法探索了丝绸的纳米加工,并证明纳米加工的丝绸可以实现亚环境日间辐射冷却。在阳光直射下(峰值太阳辐照度>900 W m–2),观察到独立纳米加工丝绸的温度比环境温度低~3.5 °C(环境温度为~35 °C)。与天然丝绸相比,当涂有纳米加工丝绸时,模拟皮肤的温度降低了8 °C。纳米加工丝绸的这种低温日间辐射冷却是在不影响其耐磨性和舒适性的情况下实现的。这种通过可扩展的纳米加工技术定制天然织物的策略为实现温度调节材料开辟了新途径,并为可持续能源提供了创新途径。相关工作以“Subambient daytime radiative cooling textile based on nanoprocessed silk”为题发表在国际顶级期刊《Nature Nanotechnology》上。

纳米加工丝绸低温日间辐射冷却设计

天然蚕丝在紫外线(UV)区域中固有地显示出高吸收,在太阳光波长范围内的总反射率仅为~86%,这从根本上阻止了它在白天在阳光下实现净冷却能力或低于环境温度。为了提高紫外线波长区域的反射率,使用偶联剂通过分子键合策略将具有高折射率的无机氧化物纳米粒子键合到丝上(图1)。理论模拟和实验结果均证实,这些纳米粒子在紫外线范围(300-420 nm)内将丝绸的反射率从70%提高到85%。此外,VIS-NIR范围内的反射率也得到增强,丝绸在全太阳光谱范围内的整体反射率可达95%左右。结合丝绸在8-13 μm波长范围内固有的高发射率,纳米加工的丝绸在实验上白天温度降低约3.5 °C。实验中使用了尺寸约为300 nm的Al2O3纳米颗粒来增加丝绸的UV反射率。通过这种分子键合设计策略,在Al2O3颗粒和丝之间形成了强键和良好的附着力(图2)。纳米加工的丝织物通过拉伸、弯曲和扭曲变形。在1,000次动态扭曲循环后的反射率与原始样品的反射率相似。

拥有几千年历史的丝绸为何还能登上《自然·纳米技术》!南大朱嘉/斯坦福范汕洄最新成果 中国建材网,cnprofit.com

图1纳米加工丝绸的低温日间辐射冷却设计

拥有几千年历史的丝绸为何还能登上《自然·纳米技术》!南大朱嘉/斯坦福范汕洄最新成果 中国建材网,cnprofit.com

图2纳米加工丝的制备和表征

辐射冷却性能测量

作者在加利福尼亚州斯坦福大学(37°25′45.5″N,122°10′27.0″W)的晴天对天然丝和纳米加工丝进行了22小时的连续辐射冷却测量。将纳米加工丝和天然丝的样品并排放置在两个相似的外壳中,同时测量样品的温度,以及空气温度和太阳辐照度(图3)。虽然天然蚕丝的温度在夜间由于其热辐射而低于环境温度,但在白天(上午9点至下午5点)在阳光下,由于太阳加热,其温度通常高于环境温度。相比之下,纳米加工丝绸的温度在白天和晚上都始终低于环境温度。即使在上午11点到下午3点的时间段内,当太阳辐照度超过800 W m–2时,纳米加工丝的平均温度仍然比环境温度低约3.5°C。结果清楚地说明了纳米加工对于用丝绸实现亚环境日间辐射冷却的重要性。

拥有几千年历史的丝绸为何还能登上《自然·纳米技术》!南大朱嘉/斯坦福范汕洄最新成果 中国建材网,cnprofit.com

图3天然蚕丝和纳米加工蚕丝的辐射冷却性能测量

纳米加工丝绸的热测量及其可穿戴性能

作者还检查了当丝绸被用来覆盖位于加利福尼亚州斯坦福大学阳光下的模拟皮肤时的冷却性能。模拟皮肤包括硅橡胶绝缘柔性加热器。当用纳米加工丝绸覆盖时,皮肤的温度比用天然丝绸或棉花覆盖或未覆盖的相同皮肤分别低~8、~12.5和~19°C。在中国南京晴朗的天空下穿着由三种不同纺织品制成的服装的人体的红外图像表明,环境温度约为37°C,纳米加工蚕丝的外表面温度低于天然蚕丝和棉花的外表面温度。所有结果都说明了纳米加工丝绸的卓越冷却能力。此外,纳米加工蚕丝的水蒸气透过率与天然蚕丝和Tyvek相似,略高于棉花。纳米加工的丝绸在Al2O3加工后也保持良好的透气性并且可经受至少50次加速洗涤和干燥循环。

拥有几千年历史的丝绸为何还能登上《自然·纳米技术》!南大朱嘉/斯坦福范汕洄最新成果 中国建材网,cnprofit.com

图4穿着纳米加工丝绸的热测量及其可穿戴性能

小结:作者通过分子键合设计策略和可扩展的浸涂方法,纳米加工丝绸在白天可以实现低于环境温度约3.5°C,当覆盖模拟皮肤时可以实现皮肤温度降低约8° C。在阳光下,具有与天然蚕丝相似的舒适性和耐磨性。当皮肤直接暴露在环境温度下时,与这种纳米加工丝绸接触时,皮肤将获得相同的清凉感。这种通过方便和可扩展的过程定制天然材料的策略不仅可以为个人热管理提供可持续的节能方法,而且还可以激发开发被动冷却材料和设备以降低能耗的新途径.


标签:今日头条技术中心窗帘家纺
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国建材网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
门户手机版WeChat
扫描二维码,获取手机版最新资讯 手机版:中国建材网 您还可以直接微信扫描打开
全站地图 | 二级目录 | 上链请联系QQ:23341571

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识