我校薛朝華教授團隊在輻射降溫能源材料研究領域取得新進展

近日，輕工科學與工程學院薛朝華教授團隊研究成果在材料領域國際期刊《Applied Materials Today》上發表，題目為“Superhydrophobic porous film for daytime radiative cooling”。薛朝華教授為唯一通訊作者，博士研究生王慧迪為第一作者，陜西科技大學為第一單位和唯一通訊單位。

輻射降溫材料即使在炎熱夏天的太陽直射下仍能保持低于環境溫度而不消耗能量，展現出優異的降溫效果，從而成為能源環境致冷材料研究領域的一個關注熱點。該材料的降溫原理主要利用材料的太陽光反射特性以及中紅外發射特性，即可通過8~13 μm之間的“大氣透明窗口”將熱量以電磁波的方式發射到寒冷的外太空。然而，該類材料在戶外環境中經長時間的雨水沖刷、灰塵積淀或微生物滋生之后，其降溫效果會大幅下降。

超疏水輻射降溫薄膜PVDF-HFP/PDMS的制備及性能

薛朝華教授團隊針對輻射降溫材料在戶外使用中存在的上述問題，發明了一種超疏水自清潔輻射降溫薄膜及其制備方法，利用非溶劑誘導相分離法使聚偏氟乙烯-共-六氟丙烯/聚二甲基硅氧烷(PVDF-HFP/PDMS)復合聚合物形成具有微/納雙重粗糙結構的三維多孔薄膜材料。利用PVDF-HFP和PDMS在中紅外區（8-13 μm）的高發射特性和膜材料內部多孔結構所提供的高反射率和高紅外發射率，結合P(VDF-HFP)和PDMS的低表面能性質和薄膜材料表面的微納粗糙結構賦予材料表面超疏水性能，使材料兼具輻射自降溫和自清潔功能。制備的材料放置室外一個月仍能保持優異的輻射降溫性能，保障了降溫效果的持久性。該發明的研究實驗由博士生柳冰瑩完成，于2019年8月21日申請了國家發明專利并于2021年6月15日獲批授權（ZL201910774588.9），2019年11月8日申請國際發明專利并于2021年2月23日獲批授權（US 10927244B1）。

超疏水輻射降溫薄膜EPDM/SiO₂的制備及性能

在上述發明的基礎上，團隊進一步拓展超疏水輻射降溫聚合物薄膜的制備方法及機理研究。博士生王慧迪通過溶劑交換法制備出具有多孔結構的三元乙丙橡膠/疏水二氧化硅(EPDM/SiO₂)有機無機復合薄膜。復合薄膜的接觸角為162°，滾動角為1.2°；在太陽光波段的平均反射率可達96%，大氣透明窗口的平均發射率為95%。在炎熱強日光照射下的空氣流通環境中，該薄膜可實現比周圍環境平均溫度低7℃左右；在無空氣對流和傳導的理想條件下降溫12℃。另外，薄膜的超疏水自清潔特性使其表面避免被外界污染從而保持穩定的降溫效果，并且復合薄膜經酸堿鹽溶液浸泡、紫外光照射和物理摩擦后仍可以保持穩定的超疏水性能和輻射降溫性能。該成果于2021年9月發表在材料領域國際期刊Applied Materials Today上。

該工作通過對聚合物材料的微觀結構進行調控實現了輻射降溫性能和超疏水性能的協同共存，極大地延長了輻射降溫材料的使用壽命，并且該材料的制備可通過溶液澆筑或涂布的方式進行大面積生產，有望為節約能源和保護環境提供有效的解決方案。該課題得到了國家自然科學基金、博士后科研基金和陜西省自然科學基金等項目的支持。

附：成果詳細信息：

[1] Chaohua Xue, Bingying Liu, Huidi Wang, Shuntian Jia.Superhydrophobic and self-cleaning radiative cooling film and preparation method thereof: US 10927244 B1 [P].2021-2-23.

[2]薛朝華，柳冰瑩，王慧迪，賈順田.一種超疏水自清潔輻射降溫薄膜及其制備方法:CN 110483924B[P].2021-6-15.

[3] Hui-Di Wang,Chao-Hua Xue*, Xiao-Jing Guo, Bing-Ying Liu, Zhan-You Ji, Meng-Chen Huang, Shun-Tian Jia. Superhydrophobic porous film for daytime radiative cooling[J].Applied Materials Today2021, 24: 101100.https://doi.org/10.1016/j.apmt.2021.101100.

（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）