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德国KIT黄干/Bryce Richards团队 Nat. Commun. : 兼具室内光线管理及辐射制冷超材料

德国KIT黄干/Bryce Richards团队 Nat. Commun. : 兼具室内光线管理及辐射制冷超材料 高分子科技
2024-05-17
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导读:一种聚合物基微光子多功能超材料(PMMM),为现代建筑提供了一种新的解决方案...
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随着全球气候变化加剧和自然资源日益枯竭,发展可持续建筑已成为全球范围内亟待解决的紧迫问题。这不仅涉及到节能减排的环境需求,也关系到经济和社会发展的可持续性。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)黄干和Bryce Richards团队近期研发的一种聚合物基微光子多功能超材料(PMMM),为现代建筑提供了一种新的解决方案,这种材料集环保、能效和功能性于一身,为推动未来建筑向可持续发展演进提供了方法。这项研究成果“Radiative cooling and indoor light management enabled by a transparent and self-cleaning polymer-based metamaterial”发表于《自然·通讯》期刊。



微光子多功能材料


该研究团队开发的PMMM利用了高级微光子技术,通过精巧的微结构设计实现了多功能的集成。这种材料的基底是聚二甲基硅氧烷(PDMS),一种既环保又经济的高分子材料,具有良好的化学稳定性和机械弹性。PMMM的表面被设计成微米级的金字塔形结构,这种结构可以有效散射和透射光线,同时具备超疏水性能,易于自我清洁。

1. PMMM超材料(转载于德国KIT校新闻网)


光线管理与辐射制冷

在光线管理方面,PMMM材料能够散射高达73%的入射阳光,减少眩光和热量传递,同时保持高达95%的可见光透光率,有效保护居住和办公空间的隐私性,同时保证足够的自然光照。这一特性尤其适合应用在大面积的玻璃幕墙和天窗设计中,提高建筑的能源使用效率。PMMM的辐射制冷能力是通过其高发射率特性实现的,这种材料能够在8-13微米的长波红外波段内高效地将热能辐射到外太空,实现被动式室内热管理。这一点在夏季尤为重要,可以显著减少建筑内部对空调系统的依赖,降低能源消耗,减少温室气体的排放。

2. PMMM超材料用于下一代建筑


自清洁性能

PMMM的自清洁性能受到了自然界中莲叶表面的启发。其超疏水性表面使得雨水可以轻松地带走附着在材料表面的尘土和污染物,大大减少了建筑的维护成本和劳动力消耗。这种性能在城市环境中尤为重要,因为城市的空气质量往往较差,建筑表面容易积累灰尘和其他污染物。



环境影响与经济效益

PMMM的开发过程中,研究团队特别考虑了环境影响和经济效益。PDMS的使用确保了生产过程的低毒性和可回收性,而材料的耐用性意味着其有更长的使用寿命,减少了更换频率和相关的资源消耗。此外,PMMM材料的生产技术支持规模化生产,为大规模应用提供了可能。

卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队开发的聚合物基微光子多功能超材料(PMMM)为建筑行业带来了新的可能性。这种材料通过集成微结构设计,提升了光线散射和辐射制冷能力,有助于改善建筑的能源效率和室内光环境。PMMM的自清洁特性减轻了维护需求,为建筑材料的实用性和经济性增添了价值。种新材料在理论和实验室测试中显示出前景。展望未来,这种超材料的持续开发和优化可能会为建筑行业提供更多创新解决方案,助力可持续发展目标的实现。


原文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-024-48150-2


相关进展

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