一種超疏水自清潔、零能耗冷卻降溫的PTFE納米纖維膜

日期：2024-12-25 15:56

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摘要：一種超疏水自清潔、零能耗冷卻降溫的PTFE納米纖維膜

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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

被動日間輻射制冷（PDRC）是一種新穎的、環(huán)境友好型、零能耗的冷卻技術(shù)，它能有效反射太陽輻射（0.3-2.5 μm波段）并通過大氣窗口（8-13 μm波段）向寒冷的外太空輻射熱量，實現(xiàn)物體表面降溫效果。目前相關(guān)研究主要集中通過材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計以提升PDRC性能。

然而，PDRC器件在實際應(yīng)用中往往因表面污染及長期耐久性差而存在性能衰退的問題，這限制了其商業(yè)化及進一步發(fā)展。開發(fā)一種易于制備、高效、可連續(xù)化生產(chǎn)并具備自清潔特性的高性能PDRC材料，仍是一項巨大的挑戰(zhàn)。

聚四氟乙烯（PTFE）化學(xué)鍵單一，C—F鍵具有高大氣窗口（8-13 μm波段）發(fā)射能力，且能強烈反射太陽光，具有防紫外線、耐化學(xué)腐蝕、熱穩(wěn)定性良好以及低表面能等獨特優(yōu)勢，是PDRC應(yīng)用的理想材料。基于此，天津工業(yè)大學(xué)研究團隊利用靜電紡絲技術(shù)成功制備出一種具有優(yōu)異的輻射冷卻性能和超疏水自清潔特性的PTFE納米纖維膜（SNM-PTFE）。

通過向靜電紡絲溶液中加入SiO₂氣凝膠，使其被PTFE樹脂充分包裹，廣泛分布于納米纖維的內(nèi)部和表面。在隨后的燒結(jié)過程中，熔融的PTFE樹脂將SiO₂氣凝膠牢固地錨定在納米纖維膜表面，防止SiO₂氣凝膠的脫落，其超疏水性進一步保障了SiO₂氣凝膠在膜表面的穩(wěn)定性，從而增強了SNM-PTFE的長期耐久性。

基于經(jīng)典Mie散射理論，靜電紡絲得到的高孔隙率SNM-PTFE能夠強烈散射可見光以提供*大的太陽光反射率。引入的無機粒子SiO₂氣凝膠不僅增加了SNM-PTFE的表面粗糙度，使其達到超疏水效果，進而增強自清潔能力，而且進一步提升了SNM-PTFE的隔熱和紅外發(fā)射能力。

為了**且精準(zhǔn)地評估SNM-PTFE的PDRC綜合性能，該團隊系統(tǒng)分析了SNM-PTFE的隔熱能力、太陽光反射能力、紅外發(fā)射率及其在亞環(huán)境時和高于環(huán)境溫度時的冷卻性能，證明了通過添加SiO₂氣凝膠、增加膜厚度、以及優(yōu)化膜孔徑可以顯著提升SNM-PTFE的PDRC性能，具體表現(xiàn)為：SNM-PTFE的平均紅外發(fā)射率為95.8%，平均反射率為95.4%；在陽光直射下，能夠?qū)崿F(xiàn)~ 14.4 ℃的亞環(huán)境冷卻性能和~ 9.5 ℃的高于環(huán)境冷卻性能。

在實際應(yīng)用中，PDRC器件往往因浮塵或其他固體污染物的沉積而導(dǎo)致性能衰退以及壽命縮減。具有超疏水表面的SNM-PTFE能夠有效抵御污染物附著，從而提供自清潔特性和長期耐久性。相較于商業(yè)化的雙向拉伸PTFE膜（Cb-PTFE）和單向拉伸PTFE膜（Cm-PTFE），SNM-PTFE在戶外環(huán)境暴露一個月以后依然維持其優(yōu)異的冷卻性能，顯示出更為出色的抗污染性和長期耐久性。

SNM-PTFE優(yōu)異的綜合性能使其在PDRC領(lǐng)域中展示出巨大的發(fā)展?jié)摿?，可進一步應(yīng)用于建筑、工業(yè)、商業(yè)和人體熱管理等領(lǐng)域。

該工作以“Self-cleaning PTFE nanofiber membrane for long-term passive daytime radiative cooling”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。

來源：高分子科學(xué)前沿

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采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監(jiān)控等。
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卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價值！
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