郑大申长雨院士/刘春太教授团队与合作者 Nat. Commun.：节能聚乙烯复合透明薄膜

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窗户是建筑、车辆等人们日常中采光需求的重要通道，不仅向室内提供可见光、热辐射，也是影响能源负荷的关键因素。中国的建筑耗能占全国能耗的30%左右，其中窗户是最不节能的部件之一，其能源损失率可高达60%。

太阳能是人类能源的“万源之源”。太阳光透过大气到达地球的波长范围大多集中在0.28-2.5 μm，包括紫外光（0.28-0.38 μm）、可见光（0.38-0.76 μm）和红外光（0.76-2.5 μm）。每到夏天，太阳光透过窗户射到室内或车内等容易使其内部的温度升高。夏天汽车在阳光照射下，内部温度可达80 ^oC以上，不仅影响驾驶人员的乘车环境，还会导致车内设施老化，同时，增加空调能耗等。

图1. 原理图

针对以上问题，郑州大学申长雨院士、刘春太教授团队的刘宪虎教授提出通过在高分子材料中引入具有光谱调控功能的材料作为填料，来制备具有调控太阳光波段以及保持可见光透射率的高分子基复合透明膜，可望应用于汽车、建筑等窗户的节能以及光学设备和透明传感器等领域，同时实现膜的低成本化。

刘宪虎课题组与中国科学院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员以及华中科技大学武汉光电国家研究中心胡彬教授合作制备了一种高透明度、低雾度的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）复合透明薄膜，并用于光热转换、紫外防护和节能。

通过溶液共混和热压制备了含有不同MXene和BZT含量的UHMWPE薄膜，以确保MXene和BZT的完全结合。MXene与BZT结合形成的二维片层结构改善了复合薄膜的力学强度和热稳定性。MXene作为一种具有优异光热转换效率的材料，在太阳光波段中有较好的吸收性能。同时，MXene氧化产生的TiO₂带隙在3.2 ~ 4.0 eV之间，能够很好地匹配光子能量，产生有效的紫外屏蔽。BZT分子的三唑官能团和受阻酚官能团在306和347 nm处对紫外光有较强的屏蔽作用。这些结果表明，MXene和BZT填充的UHMWPE复合薄膜在抗紫外透明器件领域具有良好的应用潜力。

作者测试了室外环境中(图6a、b)复合薄膜覆盖(4 × 4 cm²(部分覆盖)和8 × 8 cm²(全覆盖))和无薄膜覆盖(空白)时器件内部的温度、湿度和照度(图6c)。当复合薄膜完全覆盖玻璃时，容器内的温度降低了6-7 °C（图6d），而且降幅随着光照强度的增加而增加。建筑模拟结果显示该薄膜每年可减少31 ~ 61 MJ m^-2的制冷能量，对应总能量的3% ~ 12%。这一工作有望引领高分子加工领域在热管理等方面的广泛应用。

图2. 复合膜与裸玻璃的冷却性能对比

郑州大学橡塑模具国家工程研究中心刘宪虎教授和21级硕士生张文睿是该论文的第一作者，通讯作者为郑州大学刘春太教授、潘亚敏副教授、中国科学院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员以及华中科技大学武汉光电国家研究中心胡彬教授。该研究得到了河南省杰出青年科学基金(242300421010)的资金支持。

原文链接： X. Liu^#, W. Zhang^#, X. Zhang, Z. Zhou, C. Wang, Y. Pan*, B. Hu*, C. Liu*, C. Pan*, C. Shen, Transparent ultrahigh-molecular-weight polyethylene/MXene films with efficient UV-absorption for thermal management, Nature Communications, 2024, 15, 3076. 

https://doi.org/10.1038/s41467-024-47432-z

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