輕工學(xué)院薛朝華團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表仿生超疏水智能調(diào)溫涂層研究成果

近日，輕工科學(xué)與工程學(xué)院薛朝華教授團隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團隊，在國際TOP期刊《Advanced Materials》（IF：29.4）上發(fā)表了題為“Bioinspired Superhydrophobic All-in-one Coating for Adaptive Thermoregulation”的研究論文。我校薛朝華教授、香港理工大學(xué)王鉆開教授和華中科技大學(xué)陶光明教授為文章共同通訊作者，輕工學(xué)院博士后柳冰瑩和華中科技大學(xué)博士生吳嘉威為文章共同一作，陜西科技大學(xué)為第一通訊單位。

近年來，氣候變化引起全球變暖，多地極端高溫天氣頻繁出現(xiàn)，嚴重影響了人類的生存和健康。被動日間輻射降溫技術(shù)具有零能耗、零排放等優(yōu)點，在減少全球能源消耗方面前景廣闊。然而，該材料在實際應(yīng)用過程中其表面易被環(huán)境灰塵、微生物、雨水等污染導(dǎo)致功能削弱，從而降低材料使用壽命。另一方面，現(xiàn)有的材料在低溫環(huán)境下會持續(xù)輻射降溫導(dǎo)致過度制冷，反而增加冬季供暖能耗。第三，如何實現(xiàn)該材料的大面積量產(chǎn)以推動其邁向?qū)嶋H應(yīng)用，仍然需要攻堅克難。

鑒于此，陜西科技大學(xué)薛朝華教授團隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團隊合作研究，受荷葉的縱向梯度特征和表面微納結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過一步相分離工藝制備出了一種集超疏水表面自清潔、太陽光反射率自動可調(diào)和熱紅外發(fā)射有效利用于一體的多功能調(diào)溫涂層，實現(xiàn)了高溫環(huán)境下的輻射降溫和低溫環(huán)境下的太陽能加熱從而達到“冬暖夏涼”智能調(diào)溫。

研究團隊發(fā)現(xiàn)植物葉片具有上表皮、柵欄組織、海綿層和下表皮的梯度結(jié)構(gòu)特征，從而使其具有優(yōu)異的光吸收和潤濕性，即葉綠體在柵欄和海綿組織內(nèi)的不對稱分布優(yōu)化了光合效率，使葉片呈現(xiàn)一面深色一面淺色的現(xiàn)象。表皮的潤濕特性，如荷葉表皮細胞，含有一層低表面能蠟質(zhì)和微納米乳突結(jié)，使其表面具有超疏水自清潔特性。

基于荷葉結(jié)構(gòu)和功能仿生，合作團隊將具有溫度響應(yīng)光譜調(diào)制特性的熱致變色微膠囊（TCMCs）、疏水性SiO₂和聚偏氟乙烯共六氟丙烯進行復(fù)合，通過相分離法構(gòu)筑光學(xué)性質(zhì)可調(diào)、微觀多孔結(jié)構(gòu)不對稱并且表面微納粗糙的溫度自適應(yīng)超疏水輻射降溫涂層。在夏季，涂層反射陽光呈現(xiàn)白色，太陽光反射率高達92.3%，熱紅外發(fā)射率高達95.8%，實現(xiàn)了高溫環(huán)境下的輻射冷卻。相反，涂層在冬季變?yōu)榭梢姽馕諣顟B(tài)，從而實現(xiàn)太陽能加熱。涂層中加入的光學(xué)改性劑（光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑和抗氧化劑）與表面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計協(xié)同地保障了復(fù)合涂層的抗光學(xué)疲勞性能。同時，涂層的超疏水自清潔功能有效地保障了涂層功能的持久穩(wěn)定性。

仿生超疏水一體化自適應(yīng)調(diào)溫涂層的設(shè)計、形貌表征和光學(xué)性能

該工作為智能調(diào)節(jié)輻射冷卻技術(shù)的大規(guī)模制造提供了新方法，為全球碳中和與可持續(xù)發(fā)展提供了一條有效的解決方案，有望推動輻射制冷材料研究邁向戶外實際應(yīng)用。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adma.202400745

新聞小貼士：

薛朝華，二級教授，博士生導(dǎo)師，教育部“新世紀優(yōu)秀人才”支持計劃入選者，陜西省科技創(chuàng)新團隊負責(zé)人，秦創(chuàng)原“科學(xué)家+工程師”隊伍建設(shè)首席科學(xué)家，陜西省中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，中國高被引學(xué)者。長期致力于仿生表面功能材料、仿生智能傳感材料、智能輻射降溫材料研究。主持國家自然科學(xué)基金等國家及省部級項目15項，研究成果獲陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎3項，陜西高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)一等獎2項、二等獎2項。在Progress in Materials Science、Advanced Materials、ACS Nano等國際著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文100余篇，其中SCI收錄70篇，ESI高被引5篇。

（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）