隨著在日常工作和生活中人們對(duì)舒適的人體熱環(huán)境的日益追求，住宅和商業(yè)用電的大部分被用于室內(nèi)采暖或制冷，占到全球總能耗的40%。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)建筑中體積空間溫度的策略由于不可避免的造成熱量流失到外部環(huán)境而需要過(guò)多的能源消耗，且不如直接應(yīng)用于單獨(dú)的溫度調(diào)節(jié)有效。采暖、通風(fēng)、空調(diào)等空間采暖/制冷方式不能滿足個(gè)體對(duì)熱舒適度要求不同的需求，也不適合室外環(huán)境。盡管用于日常環(huán)境的個(gè)人熱管理（PTM）材料被廣泛研究，但在復(fù)雜和戶外場(chǎng)景中具有出色可行性的多功能PTM材料的探索仍處于起步階段。

02成果掠影

北京化工大學(xué)楊冬芝教授、于中振教授研究團(tuán)隊(duì)受大氣溫度調(diào)節(jié)效應(yīng)啟發(fā)，提出了一種具有“能量調(diào)節(jié)”和“能量逆補(bǔ)償”特性的太陽(yáng)熱梯度還原氧化石墨烯（RGO）氣凝膠基雙層相變復(fù)合材料（GRGC）的自自適應(yīng)PTM應(yīng)用設(shè)計(jì)。通過(guò)整合RGO的光熱能轉(zhuǎn)換能力、氣凝膠/十八烷雙層結(jié)構(gòu)的熱調(diào)控與內(nèi)部獨(dú)特的梯度RGO框架，以及十八烷的潛熱補(bǔ)償，雙層GRGC可以作為一種高效的PTM器件，緩解惡劣環(huán)境下人體皮膚的劇烈溫度變化。該多功能PTM器件不僅可以通過(guò)太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換、氣凝膠隔熱保溫和相變潛熱釋放的協(xié)同作用，可以在-5°C的寒冷環(huán)境中保持溫暖的皮膚表面微氣候，還可以通過(guò)其相變行為和保溫作用提供高效的熱緩沖以防止高溫環(huán)境中的高熱。同時(shí)，多物理場(chǎng)仿真結(jié)果也驗(yàn)證了精心設(shè)計(jì)的GRGC結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，其PTM性能突出。這種梯度和雙分子層設(shè)計(jì)為制造自適應(yīng)PTM器件在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑。研究成果以“Nature-Inspired Solar-Thermal Gradient Reduced Graphene Oxide Aerogel-based Bilayer Phase Change Composites for Self-Adaptive Personal Thermal Management”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。

03圖文導(dǎo)讀

圖1、a）GRGC制造過(guò)程示意圖，PRGO是指部分還原的氧化石墨烯。b）VC 溶液的紫外光譜（20 μg mL-1），及在UV-vis測(cè)量前從底部（B）、中間（M）和頂部（T）稀釋 1000 倍的梯度色散采樣；c）GRGC及其放大的d）氣凝膠層和e）PCM層的SEM圖。

圖2、a）XPS光譜以及b）GO和GRGA的頂部（T），中部（M）和底部（B）的高分辨率C 1s光譜；c）ID/IG分布，及 d）GO、e）RGA、f）頂部、g）中部和 h）GRGA 底部的 Raman 成像，藍(lán)色、綠色和紅色對(duì)應(yīng)的 ID/IG值分別為 ≈0.8、≈1.0 和 ≈1.3。

圖3、a）UV–vis–NIR吸收光譜，及b）GO、RGA、GRGA底部、中部和頂部在不同溫度下的熱導(dǎo)率；c）十八烷和GRGC PCM層的DSC曲線；d）GRGA、RGA、GRGC和RGC的表面溫度-時(shí)間曲線；f）GRGC和RGC的表面和界面溫度-時(shí)間曲線；e、 g）太陽(yáng)能熱加熱和后續(xù)冷卻過(guò)程中GRGA、RGA、GRGC和RGC的紅外圖像，受激太陽(yáng)光為1太陽(yáng)功率（1 kW m-2）。

圖4、在a)-5℃和f)40℃環(huán)境下測(cè)量表面和界面溫度示意圖；在b)冷(-5℃)、d)冷(-5℃)、g）熱(40℃)和i)熱(40℃)條件下模擬皮膚、棉花、RGA、RGC和GRGC的界面溫度-時(shí)間曲線；在c)冷(?5℃)、e)冷(?5℃)、h)熱(40℃)和 j)熱(40℃)條件下，模擬皮膚、棉花、RGA、RGC和GRGC的溫度差(ΔT)，ΔT由棉花、RGA、RGC或GRGC的Ti減去未覆蓋的裸露模擬皮膚的表面溫度計(jì)算得出。

圖5、a)邊界條件和b)冷場(chǎng)多物理場(chǎng)模擬示意圖；c)不同條件下模擬結(jié)果的平均界面溫度-時(shí)間曲線；d)在?5°C有或沒(méi)有模擬陽(yáng)光的寒冷環(huán)境和在40°C有或沒(méi)有模擬陽(yáng)光的炎熱環(huán)境下，在指定時(shí)間的模擬結(jié)果的溫度等值線圖。

審核編輯 ：李倩