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南洋理工大学龙祎团队：以节能为目标的高辐射冷却透明竹材
在发达的国家，超过40％的能源被建筑系统消耗，而其中大约一半的能源被供暖，通风和空调系统消耗。因此，减少建筑能耗已成为节能最有效，最实用的解决方案之一。在所有建筑构件中，考虑到人类的视觉舒适度和健康要求，窗户虽必不可少，却也是最不节能的部分 。如何降低窗户能耗，是龙祎课题组一直思考的问题。以下是一些技术细节和技术局限。
图1展示了此种辐射冷却节能竹材的生产流程以及工作原理。在去除竹子中的木质素并填充了环氧树脂后，均匀分散在乙醇中的银纳米线被通过旋涂的方法覆盖于样品的一面，并提供了低辐射涂层（图1a）。如图1b所示，银纳米线涂层被放置在室内，不仅可以防止室内外热交换，还可以降低通过材料本身散发到室内环境中的热量。至于环氧树脂方面，由于其辐射率（eLWIR=0.95）高，吸收的热量可以被散发到外层空间。
同时，通过扫描电子显微镜（SEM），作者对去木质素及环氧树脂填充前后的竹材的微观结构进行了分析（图2）。由于环氧树脂填充了竹材的多孔结构，从而由此引发的光散射被最小化，使得竹材变得透明。并且，紧密且不规则排布的银纳米线涂层提供了低辐射率。
为了找出银纳米线涂层厚度、光学性能以及辐射率之间的关系，0到18层的银纳米线被分别覆盖于高辐射冷却竹材的表面。如图3所示，当覆盖更多银纳米线涂层后，透射率相应的降低。然而，随着银纳米线涂层数量的增加，银纳米线涂层达到了相对饱和的状态。因此，透射率下降得逐渐缓慢。从视觉舒适度以及照明目的来看，此款高辐射冷却竹材的透射率一直保持在合理的水平。
接着作者对银纳米线涂层厚度和辐射率的关系进行了分析。起初，在银纳米线涂层面和环氧树脂面之间只能观察到细微的差别（图3）。但是，随着银纳米线覆盖层数的增加，银纳米线涂层面的辐射率低至0.3，而环氧树脂面为0.95，导致了高达0.65的辐射率差。并且，银纳米线涂层不仅降低了响应面的辐射率，还增大了环氧树脂面的辐射率。这是由于银纳米线涂层不仅具有低辐射率而且拥有高反射率。银纳米线涂层反射增强了环氧树脂侧的吸收，因此，面向室外的辐射率增加了。
此外，为了了解高热辐射冷却竹材在窗户应用中的潜力，已在新加坡模拟了其年度节能性能，并将其与具有类似日光透射率的商业低辐射玻璃和传统的3 mm硅基玻璃进行了比较（图3）。在新加坡，高热辐射冷却竹材的全年节能性能都超过了商用低辐射玻璃。但此款节能玻璃需进一步提高其机械强度，这是课题组正在解决的问题。
该研究以Transparent Bamboo with High Radiative Cooling Targeting Energy Savings为题发表在ACS Mater. Lett.上。
原文链接：
Chengzhi Zhou, Iegreat Julianri, Shancheng Wang, Siew Hwa Chan, Ming Li, and Yi Long*ACS Materials Lett., 2021, 3, 883–888, DOI: 10.1021/acsmaterialslett.1c00272Publication Date: May 26, 2021https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.1c00272
来源：X-MOL资讯
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