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背景介绍
用于人体和居住环境热管理的传统加热和冷却技术产生大量的能源消耗。然而，太阳能加热和辐射冷却正在成为一种可持续的热管理技术，而不需要额外的能源消耗。太阳能加热依靠太阳光谱(300 ~ 2500 nm)中物体的高光谱吸收来实现优越的光热转换。另一方面，由于材料中化学键的随机旋转和振动跃迁会引起无处不在的热辐射因此白天的辐射冷却可以通过放大物体通过长波红外(LWIR)大气透射窗口的传出热辐射来实现，同时减少其对阳光的吸收。基于金属氧化物、半导体、天然材料和聚合物的辐射冷却技术已经被大量提出，作为满足建筑冷却对化石燃料大量需求的解决方案。然而，这些技术对多变的天气条件影响单一，无法实现双向温度调节的制热和制冷功能。
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成果掠影
近日，清华大学曲良体教授团队开发了一种温度自适应智能织物（SF），该织物负载了还原氧化石墨烯封装的热致变色微胶囊（G-TM）和硫酸钡纳米颗粒。在低温环境下，SF呈现黑色并表现出高的可见光吸收率以吸收太阳能进行加热。在高温下转变为白色，反射太阳光实现辐射制冷（图1）。这种温度自适应材料易于通过喷涂进行大面积制备，为 SF 在各种人体和环境热管理方面的广泛应用拓宽了道路。为了验证 SF 在实际场景中的热管理能力和可扩展性，该团队使用临界温度为 25℃ 的 SF 作为基材，制备了适应真实环境的服装和帐篷。实际户外测试表明，SF制备的服装和帐篷可将人体热舒适温度调控范围扩大约 8.5℃，展示了该功能材料与织物的实用性。研究成果“Temperature-adaptive dual-modal photonic textiles for thermal management”为题发表在《Science advances》期刊。
03
图文导读
图1 用于热管理的温度自适应双模态光子织物的示意图。
图2 温度自适应智能织物的制备和表征。
图3 温度自适应智能织物的光学特性。
图4 SF 的其他特性和潜在应用。
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