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[转载]ACS AM& Interfaces:具有98.1%超高太阳反射率的超白BaSO4涂料-奇材进展

已有 791 次阅读 2021-4-20 16:16 |个人分类:奇材进展|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

美国印第安纳州普渡大学团队工作,奇材馆整理

【文章概述】

辐射冷却是一种被动冷却技术,在降低空间冷却成本方面表现出很大的潜力。主动冷却需要电力驱动制冷循环,而辐射冷却利用大气透明窗口(“天空窗口”)直接向深空发射热辐射,不消耗任何能量。它的被动性质有可能通过降低建筑温度来缓解城市岛屿效应,并通过减少用于降温的二氧化碳排放来减少全球变暖。由于天空窗口的高发射率超过了入射的太阳吸收,即使在阳光直射下,地表也可能保持在环境之下。早期对辐射冷却涂料的研究持续了几十年,但这些涂料还没有实现全天的辐射冷却。

【成果简介】

美国印第安纳州普渡大学机械工程学院教授阮秀林(音译)团队通过实验证明了BaSO4纳米颗粒薄膜和BaSO4纳米复合涂料具有显著的全天亚环境冷却性能。在粒径合适且粒径分布较宽的条件下,BaSO4薄膜比环境温度低4.5℃以上,平均冷却功率为117 W/m2。以60%的体积浓度开发的BaSO4 -丙烯酸涂料提高了户外应用的可靠性,实现了98.1%的太阳反射率和0.95的天空窗口发射率。这是辐射冷却解决方案中最高的之一,同时提供了良好的可靠性、方便的涂料形式、易用性以及与商业涂料制造工艺的兼容性。该材料符合奇材馆理念,后续开发值得期待!

【图文导图】

                                              1.png

1辐射冷却涂层和扫描电镜图像。

(a) BaSO4膜样、BaSO4-丙烯酸漆样、白色商用漆。

(b)扫描电镜下BaSO4薄膜样品。

(c) SEM下填充浓度为60%BaSO4 -丙烯酸复合涂料样品。

2.png

2冷却涂料的辐射能量转移,发射率表征结果,并对太阳反射率进行蒙特卡罗模拟。

(a)为了通过被动辐射冷却获得高冷却功率,既需要太阳光谱中的高反射率,又需要天窗中的高发射率。填料可以提高太阳光的反射率,而填料和/或基体则可以提高天窗的红外发射率。 对于颗粒膜,颗粒必须既反射太阳光又在天窗中发射。

(b)对制备的BaSO4薄膜和BaSO4漆进行发射率表征,与商用白漆(400 μm)0.25- 20 μm进行比较。粒子膜和纳米复合涂料均能显著提高太阳反射率,同时保持较高的天窗发射率。

(c) 测量不同厚度和衬底的BaSO4薄膜的太阳反射率,表明150 μmBaSO4薄膜的太阳反射率与衬底无关。

(d) 400 μm厚度的BaSO4涂料进行蒙特卡罗模拟,结果表明,高填料浓度和宽粒径分布均提高了总体的太阳反射率

(e) 将颗粒浓度为60%、不同膜厚的丙烯酸BaSO4涂料的太阳反射率与蒙特卡罗模拟结果进行对比。

3.png

3纳米BaSO4膜和纳米BaSO4-丙烯酸复合涂料的现场试验结果。

太阳辐照度用橙色区域表示。

(a)BaSO4纳米颗粒膜和商用白漆的温度与环境温度进行超过24小时的比较。

(b) 通过反馈加热器直接表征BaSO4纳米颗粒薄膜的冷却能力。

(c)将硫酸钡涂料的温度与环境温度进行比较。

(d)测定了BaSO4涂料在白天和夜间的冷却力。

4.png

4 BaSO4涂料的可靠性试验。

(a)根据ASTM D4060BaSO4漆和商用外墙漆进行了磨损试验。我们的BaSO4漆与商用外墙漆具有相当的耐磨性。

(b)BaSO4涂料暴露在室外3周。

(c)表征了硫酸钡涂料的黏度,其黏度与油基、水基商品涂料相当。

【奇材馆点评】

建筑温度带来的城市岛屿效应给我们的生活带来很多不便,辐射冷却可缓解这种状态。本项研究带来的研究是真正的为人类谋福,使用BaSO4纳米粒子薄膜获得了98.1%的高太阳反射率和0.95的高天空窗发射率。现场测试表明,地面温度比环境温度低4.5℃以上,或平均冷却功率为117 W/m2,是目前报道中的最高冷却功率之一。高的冷却能力、很高的可靠性、方便的涂料形式、易用性和与商业涂料的兼容性。奇材,未来可期!

【论文信息】

Ultrawhite   BaSO4 Paints and Films for Remarkable Daytime

Subambient   Radiative Cooling

ACS Applied Materials & InterfacesIF= 9.002

Pub Date :2021.4.19

https://doi.org/10.1021/acsami.1c02368

Xiangyu Li,   Joseph Peoples, Peiyan Yao, and Xiulin Ruan*

University,   West Lafayette, Indiana 47907, United States; Birck Nanotechnology Center,   Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, United States;

 


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