转自气凝前沿
研究背景与目的
被动辐射冷却织物
：能有效降低人体表面温度，缓解热应力，无需消耗能源。应用场景
挑战
：从生物质资源开发具有辐射冷却性能的纤维产品面临挑战。
新型复合气凝胶纤维（HSiO2/C@C）
设计灵感与结构
灵感
结构
：以纯纤维素为核心，外层由空心二氧化硅和纤维素组成。
制备工艺
方法
优势
- 生产速度快（70 cm/min），远超传统冻干或超临界CO2技术。
光学与热学性能
散射性能
：空心二氧化硅（HSiO2）具有强散射性质，通过调整溶胶-凝胶过程中的软模板尺寸可定制其光学性能。反射率与发射率
：复合纤维的太阳反射率超过92%，红外发射率超过96%。隔热性能
机械性能
核心层
断裂强度
：HSiO2/C@C-2纤维的断裂强度为19.4 MPa，伸长率为17.6%。
实际应用与测试
全天户外测试
- 在850 W·m⁻²太阳辐射下，纤维使温度比环境低约1.3°C。
对比测试
：与棉织物相比，覆盖HSiO2/C@C纤维的胳膊温度降低4°C。疏水改性
：提高纤维的户外综合性能，包括防尘、透气性和耐久性。
应用前景
结论
- 研究提供了一种有前途、可扩展的复合气凝胶纤维生产方法，以及全天候无需能源的辐射冷却材料。
- 这些纤维素复合气凝胶纤维为设计制造辐射冷却材料开辟了一条环境可持续的途径，在个人热管理应用中显示出巨大潜力。
- 这些纤维素复合气凝胶纤维为设计制造辐射冷却材料开辟了一条环境可持续的途径，在个人热管理应用中显示出巨大潜力。
图解
(a) HSiO₂/C@C纤维同轴湿法纺丝与快速大气干燥过程的示意图。(b) HSiO₂/C@C复合气凝胶纤维对树干截面分级细胞结构的仿生模拟。(c) 冷却HSiO₂/C@C织物的红外发射与散射太阳辐射、疏水与透气功能，以及分子层面的红外发射原理。(d) 使用快速大气干燥法制成的约100米长的三卷同轴气凝胶纤维的数字照片。(e) 扭曲、缠绕和编织的HSiO₂/C@C纤维的照片，以及(f)相应的编织织物（0.2×1米），展示了大规模制造和可穿戴潜力。不同放大倍数的扫描电子显微镜（SEM）图像显示了(g)HSiO₂/C@C-1复合气凝胶纤维的横截面和(h)表面视图。(a) 快速大气干燥法制备纤维素气凝胶纤维的示意图。(b) 使用不同溶剂替换的湿凝胶纤维在不同温度下干燥后的直径收缩率。(c) 使用不同碳原子数的TBA/烷烃混合物替换后的纤维素凝胶纤维，再在大气压力下快速干燥后的直径和密度。(d) 在不同收集速率和温度下干燥的纤维素气凝胶纤维的机械性能和孔隙率。(e 和 f) 快速大气干燥法制备的纤维素气凝胶纤维的扫描电子显微镜（SEM）图像。(g) 通过快速大气压干燥法制备的纤维素气凝胶纤维的氮气吸附/脱附等温线和比表面积。(h) 通过快速大气干燥法制备的不同纤维素含量的纤维素气凝胶纤维的应力-应变曲线。(i) 不同干燥方法下溶剂去除的相图。(j) 不同干燥方法制备的纤维性能和干燥效率的比较。(a) 实心SiO₂和空心球的光散射特性。空心SiO₂由于其内部空腔，展现出高太阳光反射率、高红外发射率、低密度和低导热性。SEM图像展示了(b)实心二氧化硅和(c)空心二氧化硅的形貌，插图为对应的TEM图像。(d) 1052nm的SiO₂实心球和空心球，以及705nm的实心球的电场分布。E（电场矢量）代表极化方向，k（波矢量）代表光的传播方向。比例尺：500nm。(e) 使用不同比例的乙醇和水制备的SiO₂实心球和空心球的散射效率。蓝色线条代表实心颗粒，红色线条代表空心颗粒。(f) HSiO₂/C@C-2的横截面SEM图像，以及对应的(g)C、O、Si元素的EDX元素分布图。(h) 纯纤维素气凝胶纤维（C）、树环状结构的纤维素复合气凝胶纤维（HSiO₂/C@C-1、HSiO₂/C@C-2）和HSiO₂/纤维素混合气凝胶纤维（HSiO₂/C）的密度和孔隙率。(i) 不同气凝胶纤维的抗拉强度和断裂伸长率。(a) 含30% HSiO₂的HSiO₂/C@C-2织物与纯纤维素气凝胶纤维织物的太阳反射光谱（断点前，左纵轴）和中红外发射光谱（断点后，右纵轴）。假设环境温度为303 K，HSiO₂/C@C-2织物在(b)白天和(c)夜间的理论净冷却功率，图中展示了不同q值的情况。气凝胶纤维放置在(d) 100°C和(f) -20°C温度板上5分钟后的红外热像图；(e和g) 在加热/冷却过程中，放置于热/冷板上的气凝胶织物和参照样品的外表面温度随时间的变化情况。(h) 在-20°C至100°C范围内，气凝胶纤维织物表面与温控平台之间的平均温差|ΔT|；(i) 不同气凝胶纤维织物的平均导热系数；(j) 气凝胶纤维的隔热机理图；(k) 在150°C的加热板上放置10分钟内，用气凝胶织物隔热保护的花瓣照片。![]()
(a) 将HSiO₂/C@C织物与其他已报道的冷却材料的性能（太阳反射率和红外发射率）进行比较。(b) 中国成都地区（从2023年1月1日至2024年1月1日）的太阳辐射强度月度小时分布图及其对应的计算辐射功率(c)。(d) 用于评估辐射冷却性能的设备部件示意图。(e) 自制的被动日间辐射冷却（PDRC）性能测试设备。(f1) 2024年8月13日，24小时实时太阳辐照度（Isolar）、相对湿度（RH）以及环境空气、HSiO₂/C@C织物和棉织物的温度记录。(f2-f3) 白天和夜间环境空气、HSiO₂/C@C织物和棉织物的温度跟踪。(g) 夏季晴天和阴天，HSiO₂/C@C织物和棉织物相对于环境温度的降温幅度（ΔT）（白天：13:00–14:00；夜间：21:00–22:00）。(a) 和 (d) 分别为实际冷却测试中覆盖与未覆盖的木屋模型和汽车模型的数字图像和红外图像。(b) 和 (e) 在阳光下暴露一小时后，被测木屋模型和汽车模型内部的温度跟踪。(c) 用棉织物和HSiO₂/C@C-2织物覆盖的皮肤温度跟踪。插图为实物图和红外热像图。(f) HSiO₂/C@C-2织物在水中浸泡并置于室外一个月后的紫外-可见-近红外光谱。(g) 在MTMS改性的HSiO₂/C@C上测量的水、牛奶、咖啡、1M HCl、醋和1M NaOH的接触角。(h) 数字图像展示了MTMS改性的HSiO₂/C@C-2织物优异的疏水性、透气性和自清洁性能。(i) 棉织物和HSiO₂/C@C-2织物的水蒸气透过率。(j) 棉织物和HSiO₂/C@C-2织物的透气性能。(k) HSiO₂/C@C织物与棉织物和纤维素气凝胶的综合性能比较。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110688
![]()
![]()
多功能材料详情：神奇的多功能相变材料：解锁温度调控的秘密
![]()
