消除光学散射和机械耐久性之间的权衡在气凝中作为户外被动冷却元材料
Chenyang Cai1, Yi Chen1, Chunxiang Ding1
1Co-Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resource, School of Materials Science and Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu, 210037, China. ccy@njfu.edu.cn.
Materials horizons
|January 17, 2024
概括
研究人员开发了一种新型的全纤维素气凝,使用冰模板进行高效的被动冷却. 这种先进的材料提供了卓越的太阳反射率和机械强度,为建筑物显著节能铺平了道路.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 可持续能源 可持续能源
背景情况:
- 被动冷却对于节能和碳中和至关重要.
- 泡和气凝显示出由于太阳散射和绝缘,在白天冷却的潜力.
- 现有的材料面临着平衡太阳反射率和机械性能以实现可扩展性的挑战.
研究的目的:
- 开发一种机械坚固,高度反射的全纤维素气凝,用于被动冷却.
- 为了研究新型气凝的结构属性关系.
- 评估建筑物中材料的潜在节能影响.
主要方法:
- 使用多结构组装诱导的冰模技术.
- 使用纤维素纳米纤维 (CNF) 作为支柱,使用纤维素纳米晶体 (CNC) 作为地板.
- 与甲基trimethoxysilane (MTMS) 交叉连接,以创建纳米板纤维素气凝 (NCA).
- 进行了有限元模拟和COMSOL多物理机制分析.
主要成果:
- 实现了一种全纤维素气凝 (NCA),具有高机械强度 (压缩80%时为0.3MPa) 和超低导热率 (28mW m-1K-1).
- 呈现出超高的太阳反射率 (97.5%) 和高的红外辐射率 (0.93).
- 证明白天的冷却效率为7.5°C.
- 模拟阐明了增强机械强度和太阳反射率的机制.
结论:
- 开发的NCA材料在关键性能指标上超过了现有的纤维素气凝.
- 仿生结构和材料组成有助于优越的冷却和机械性能.
- 预计中国每年可能节省44%的冷却能源,这凸显了该材料对节能应用的重要性.
