近日，輕工科學與工程學院薛朝華教授團隊聯(lián)合香港理工大學王鉆開教授和華中科技大學陶光明教授團隊，在國際TOP期刊《Advanced Materials》（IF：29.4）上發(fā)表了題為“Bioinspired Superhydrophobic All-in-one Coating for Adaptive Thermoregulation”的研究論文。我校薛朝華教授、香港理工大學王鉆開教授和華中科技大學陶光明教授為文章共同通訊作者，輕工學院博士后柳冰瑩和華中科技大學博士生吳嘉威為文章共同一作，陜西科技大學為第一通訊單位。
近年來，氣候變化引起全球變暖，多地極端高溫天氣頻繁出現(xiàn)，嚴重影響了人類的生存和健康。被動日間輻射降溫技術具有零能耗、零排放等優(yōu)點，在減少全球能源消耗方面前景廣闊。然而，該材料在實際應用過程中其表面易被環(huán)境灰塵、微生物、雨水等污染導致功能削弱，從而降低材料使用壽命。另一方面，現(xiàn)有的材料在低溫環(huán)境下會持續(xù)輻射降溫導致過度制冷，反而增加冬季供暖能耗。第三，如何實現(xiàn)該材料的大面積量產(chǎn)以推動其邁向?qū)嶋H應用，仍然需要攻堅克難。
鑒于此，陜西科技大學薛朝華教授團隊聯(lián)合香港理工大學王鉆開教授和華中科技大學陶光明教授團隊合作研究，受荷葉的縱向梯度特征和表面微納結構的啟發(fā)，通過一步相分離工藝制備出了一種集超疏水表面自清潔、太陽光反射率自動可調(diào)和熱紅外發(fā)射有效利用于一體的多功能調(diào)溫涂層，實現(xiàn)了高溫環(huán)境下的輻射降溫和低溫環(huán)境下的太陽能加熱從而達到“冬暖夏涼”智能調(diào)溫。
研究團隊發(fā)現(xiàn)植物葉片具有上表皮、柵欄組織、海綿層和下表皮的梯度結構特征，從而使其具有優(yōu)異的光吸收和潤濕性，即葉綠體在柵欄和海綿組織內(nèi)的不對稱分布優(yōu)化了光合效率，使葉片呈現(xiàn)一面深色一面淺色的現(xiàn)象。表皮的潤濕特性，如荷葉表皮細胞，含有一層低表面能蠟質(zhì)和微納米乳突結，使其表面具有超疏水自清潔特性。
基于荷葉結構和功能仿生，合作團隊將具有溫度響應光譜調(diào)制特性的熱致變色微膠囊（TCMCs）、疏水性SiO2和聚偏氟乙烯共六氟丙烯進行復合，通過相分離法構筑光學性質(zhì)可調(diào)、微觀多孔結構不對稱并且表面微納粗糙的溫度自適應超疏水輻射降溫涂層。在夏季，涂層反射陽光呈現(xiàn)白色，太陽光反射率高達92.3%，熱紅外發(fā)射率高達95.8%，實現(xiàn)了高溫環(huán)境下的輻射冷卻。相反，涂層在冬季變?yōu)榭梢姽馕諣顟B(tài)，從而實現(xiàn)太陽能加熱。涂層中加入的光學改性劑（光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑和抗氧化劑）與表面微結構的設計協(xié)同地保障了復合涂層的抗光學疲勞性能。同時，涂層的超疏水自清潔功能有效地保障了涂層功能的持久穩(wěn)定性。
仿生超疏水一體化自適應調(diào)溫涂層的設計、形貌表征和光學性能
該工作為智能調(diào)節(jié)輻射冷卻技術的大規(guī)模制造提供了新方法，為全球碳中和與可持續(xù)發(fā)展提供了一條有效的解決方案，有望推動輻射制冷材料研究邁向戶外實際應用。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202400745
新聞小貼士：
薛朝華，二級教授，博士生導師，教育部“新世紀優(yōu)秀人才”支持計劃入選者，陜西省科技創(chuàng)新團隊負責人，秦創(chuàng)原“科學家+工程師”隊伍建設首席科學家，陜西省中青年科技創(chuàng)新領軍人才，中國高被引學者。長期致力于仿生表面功能材料、仿生智能傳感材料、智能輻射降溫材料研究。主持國家自然科學基金等國家及省部級項目15項，研究成果獲陜西省科學技術二等獎3項，陜西高等學?？茖W技術一等獎2項、二等獎2項。在Progress in Materials Science、Advanced Materials、ACS Nano等國際著名學術期刊發(fā)表論文100余篇，其中SCI收錄70篇，ESI高被引5篇。
（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）
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