《高反光涂料能有效降低物体表面温度》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-11-11
  • 韩国高丽大学官网日前报道,该校教授李宪带领的研究团队开发出一种商业前景广阔的白色涂料,能够有效降低物体表面温度。
      白色涂料具有很高的太阳光反射率和辐射冷却功率。经涂刷的表面,阳光总反射率可以达到96%,其中8—13微米波长红外线的反射率达到93.5%以上,同时,涂料能够以最高100瓦/平方米的功率向周围辐射热量。
      低能耗和低环境负荷的温度调控技术正在成为研究热点。其中反射辐射技术不消耗能源,被反射的红外线能够很好地穿透大气层重回太空,有助于降低人类活动的碳负荷。
      对比试验的效果非常突出。研究团队设定的典型实验环境为上午10点至下午1点时段,室外阳光直射环境。涂上当前广泛使用的二氧化钛型白色涂料的模型表面温度高于环境温度,最多高出6.3℃,平均高3.6℃。而涂有节能涂料的模型表面温度低于环境温度,最多低8.8℃,平均低5.5℃。
      此前该团队开发了添加碳酸钙颗粒的白色涂料。但是碳酸钙物料吸水性高,涂料综合性能和耐久性较差。
      此次开发的涂料使用了强度高且不吸收水分的复合陶瓷纳米材料作为功能性成分。同之前开发的涂料相比,太阳光总反射率保持相同,红外线反射率和辐射冷却性能都有提升,涂层厚度可以降低。
      据报道,这种涂料可以应用于木材、金属、布料等材质。

  • 原文来源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-11/11/content_456794.htm?div=-1
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 希腊和其他阳光普照的国家的房屋经常被涂成白色,以反射尽可能多的阳光。如今,研究人员正在利用一种新的“被动辐射冷却”材料重新诠释这种古老的策略,以达到减少阳光和热量的目的。大多数的此类技术都无法利用现有的屋顶和墙壁,但是美国的一个研究团队现在已经制造出一种可以覆盖任何表面的冷却涂料,使温度降低约6摄氏度。新涂料可以直接涂覆在任意质地物体的表面,还可与不同颜料结合呈现不同色彩。 这一进展凸显了“该领域的巨大进步”,科罗拉多大学博尔德分校材料科学家Xiaobo Yin说。他的团队开发了一种被动的辐射冷却塑料薄膜,并成立了一家名为Radi-Cool的初创公司,旨在将其商业化。Yin说,这些新材料在某些气候条件下可能会使冷却成本降低15%。“这是一个很大的数字。”他说。在美国,有17%的住宅用电用于空调,因此节省的开支可能是巨大的。 白色涂料通常只反射大约80%的可见光,而且它们仍然吸收紫外线和近红外射线,这些射线能够使建筑物变热。为了做得更好,新材料首先要结合能够反射几乎所有太阳光线的材料或结构,包括近红外射线,在某些情况下,甚至包括紫外线。此外,它们还需含有聚合物或其他物质,以便利用它们的化学成分,将额外的热量以8到13微米的波长散发掉。大气不会阻挡这些波长的辐射,从而可以让材料在不加热周围空气的情况下将多余的热量有效地释放到空间中。 2014年,由加州帕洛阿尔托斯坦福大学的电气工程师Shanhui Fan领导的研究团队在《自然》杂志上报告说,通过一种含有二氧化硅和二氧化铪的交替层,他们制造出一个高度反射的表面,能够比周围的空气温度低5摄氏度。去年,Fan及其同事使用另一种材料——一种聚合物和银膜结合物——冷却用于空调的水。该团队表示,在夏季,这种技术有可能节省21%的空调使用成本。自那以后,Fan的团队成立了自己的初创公司SkyCool Systems。 Yin和他的同事Ronggui Yang去年又有了新的进展:一种里面嵌入了微小玻璃珠的塑料薄膜,能够使表面温度降低10摄氏度。而在澳大利亚,应用物理学家Angus Gentle和悉尼科技大学的Geoff Smith在2015年报告说,一种由两种聚合物制成的凉爽的屋顶材料,在正午和夜间分别能够使屋顶比周围的空气温度低3摄氏度和6摄氏度。 然而将这些涂层应用于屋顶和壁板材料仍然有一个问题。高度反光的化合物可以被整合到传统的木瓦和黏土瓦中,用于新的建筑物或翻新。但是对于现有的建筑物来说,要有更多的选择是比较困难的。 而这就是新的被动冷却涂料的用武之地。 哥伦比亚大学应用物理与应用数学系Yuan Yang和Nanfang Yu团队在新一期美国《科学》杂志上发表论文说,他们开发的新材料是一种多尺度微纳孔结构的“聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物”,用这种材料制成的薄膜在太阳光波段具有96%到99.6%的高反射率,在红外辐射窗口具有97%的高辐射率,在白天无需电能即可实现制冷。 测试结果显示,在光照充足的干燥环境中,薄膜表面温度可比环境温度低约5.9摄氏度;在潮湿环境中,薄膜温度可比环境温度低约2.9摄氏度。 据介绍,这种多孔薄膜中,聚偏二氟乙烯与空气折射率相差很大,可有效散射阳光,包括紫外光、可见光和近红外光,从而实现高反射率,不会被阳光加热;微米多孔结构提高了材料的辐射率,增加了向外的热辐射。 据了解,此前类似功能材料的制备多需要复杂的真空沉积设备,且难以直接覆盖在任意形状和质地的物体表面。新材料则具有成本较低、适用性强等优点,可直接涂覆在塑料、金属和木材等任意表面。 Yang表示,建筑物表面往往对颜色有所要求,这种材料可以和颜料结合在一起,呈现不同色彩的同时将阳光中的近红外光反射掉,和传统涂料相比,可显著降低建筑物的温度。 “它看起来很适合被广泛应用。”Gentle说。加州劳伦斯·伯克利国家实验室的一位屋顶冷却专家Ronnen Levinson说,新涂料的价格大约是传统涂料的5倍。但增加的成本带来了好处。Gentle说:“所有这些非常酷的涂层使得中午就像夜间一样凉爽。”
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    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
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    • 美国麻省理工学院(MIT)工程师在最新一期《小方法》杂志上刊发论文称,他们开发出一款超轻太阳能电池,可快速方便地将任何表面变为电源。这款比人头发丝还纤薄的太阳能电池黏附于一块织物上,重量仅为传统太阳能电池板的百分之一,但每千克的发电量是其18倍,可集成在船帆、救灾帐篷和防水布、无人机的机翼及各种建筑物表面。 为生产太阳能电池,MIT有机和纳米结构电子实验室团队使用了电子墨水形式的纳米材料。在纳米洁净室内,他们使用挤出式涂布机将纳米电子材料层沉积到3微米厚的基底上,随后使用丝网印刷术,印制出电极并完成太阳能模块,接着将厚度约为15微米的印刷模块从塑料基板上剥离,形成一种超轻太阳能装置模块。 但这种纤薄而独立式的太阳能模块很难处理,且很容易撕裂,因此难以部署。为此,研究团队需要找到一种轻质、柔韧的基材,将太阳能电池黏附在其上,最终他们找到了每平方米仅重13克的复合材料“大力马”(Dyneema)。通过添加一层只有几微米厚的固化胶,他们将太阳能组件黏附在“大力马”上,最终形成超轻且坚固的太阳能结构。 测试结果显示,独立式太阳能电池每千克可产生730瓦的功率,如果将其黏附在高强度“大力马”织物上,每千克约产生370瓦的功率,是传统太阳能电池的18倍。而且,即使将该织物太阳能电池卷起、展开500多次后,仍保持90%以上的初始发电能力。这种电池生产方法可以扩展,生产出面积更大的柔性电池。 不过,研究人员强调,虽然他们的太阳能电池比传统电池更轻、更柔韧,但制造电池的碳基有机材料会与空气中的水分和氧气相互作用,可能降低电池的性能,因此需要包裹另一种材料来保护电池不受环境影响,他们目前正在开发超薄封装解决方案。