來(lái)源|Advanced Functional Materials

01

背景介紹

氣凝膠是一類納米多孔材料，是最有前途的保溫材料之一。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有高比表面積(SSA)、極高孔隙率、超低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)等特性，使氣凝膠在建筑、航空航天、儲(chǔ)能、氣體檢測(cè)、催化、吸附、傳感器和熱管理等領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。硅基氣凝膠因其導(dǎo)熱系數(shù)低、熱穩(wěn)定性強(qiáng)而被廣泛用作輕質(zhì)保溫材料，現(xiàn)已顯示出巨大的商業(yè)價(jià)值，有助于減少碳排放。二氧化硅氣凝膠是一種具有超低密度和導(dǎo)熱性的多孔材料，因其優(yōu)異的保溫性能而越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。二氧化硅氣凝膠在絕熱材料中的廣泛應(yīng)用是由于其超低導(dǎo)熱系數(shù)。因此，太陽(yáng)能加熱和輻射冷卻二氧化硅氣凝膠可能在室外環(huán)境中發(fā)揮關(guān)鍵作用，二氧化硅氣凝膠的低導(dǎo)熱系數(shù)可能會(huì)嚴(yán)重阻礙傳導(dǎo)和對(duì)流散熱，但由于其白天的高透明度，太陽(yáng)能加熱可能會(huì)突出，而由于其在夜間的強(qiáng)大輻射冷卻，其本身將成為冷卻器，從而導(dǎo)致與傳統(tǒng)認(rèn)知相反的熱管理行為。因此，如何自適應(yīng)控制二氧化硅氣凝膠的保溫、太陽(yáng)能加熱和輻射冷卻，以獲得按需的二氧化硅氣凝膠熱管理行為仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

02

成果掠影

近期，為了深入探索氣凝膠的熱管理性能，近日，

中科院蘇州納米所李清文和王錦等人設(shè)計(jì)合成了系列具有不同光學(xué)性能（包括不同太陽(yáng)光透過(guò)率和中遠(yuǎn)紅外發(fā)射率）的氧化硅氣凝膠，系統(tǒng)研究了自然環(huán)境下氧化硅氣凝膠的熱管理性能。

當(dāng)二氧化硅氣凝膠用于熱管理時(shí)，隔熱始終是唯一的考慮因素。本研究揭示了二氧化硅氣凝膠在不同環(huán)境下被動(dòng)保溫、被動(dòng)加熱或被動(dòng)冷卻的按需熱管理(ODTM)。二氧化硅氣凝膠的ODTM行為可以簡(jiǎn)單地通過(guò)其光學(xué)性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如太陽(yáng)光透明度和紅外發(fā)射率，這些變化可以通過(guò)構(gòu)建塊的微觀結(jié)構(gòu)和表面成分設(shè)計(jì)來(lái)控制。二氧化硅氣凝膠的ODTM行為可以簡(jiǎn)單地通過(guò)其光學(xué)性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如太陽(yáng)光透明度和紅外發(fā)射率，這些變化可以通過(guò)構(gòu)建塊的微觀結(jié)構(gòu)和表面成分設(shè)計(jì)來(lái)控制。傳統(tǒng)的透明二氧化硅氣凝膠可以實(shí)現(xiàn)白天比環(huán)境溫度高25℃的強(qiáng)勁太陽(yáng)能加熱和夜間7℃的低于環(huán)境的冷卻。該研究指導(dǎo)了對(duì)二氧化硅氣凝膠熱管理行為的全面理解，并通過(guò)調(diào)整二氧化硅氣凝膠的光學(xué)和導(dǎo)熱性能，導(dǎo)致二氧化硅氣凝膠的ODTM應(yīng)用。

研究成果以“Optical Design of Silica Aerogels for On-Demand Thermal Management”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1.傳統(tǒng)二氧化硅氣凝膠的被動(dòng)保溫性能。

圖2.二氧化硅氣凝膠的被動(dòng)式太陽(yáng)能加熱和PRC。

圖3.二氧化硅氣凝膠的太陽(yáng)加熱和PRC行為的原因和機(jī)理。

圖4.二氧化硅氣凝膠的ODTM處理策略。

圖5.不同透明度和反射率二氧化硅氣凝膠的ODTM性能。

END

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審核編輯黃宇