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鄭州大學王建峰/王萬杰 Nano Research：低紅外發射透明聚合物復合薄膜用于紅外隱身與被動輻射加熱

2022-11-01 來源：高分子科技

可見光透明的低紅外發射材料在紅外偽裝、被動輻射加熱、建筑節能和光熱轉換等諸多領域都有重要應用。但這種類型的材料在自然界中比較少見。金屬是常見的低紅外發射材料，但其通常不透明，且存在易腐蝕、密度大、難加工等缺點。透明聚合物材料因其質輕、易加工、耐腐蝕等優點，在制備可見光透明低紅外發射復合材料方面具有極大潛力。但是，高分子材料的紅外發射率通常較高，如何制備兼具高可見光透過率和低紅外發射率的高分子復合材料依然存在很大的挑戰。

近日，鄭州大學材料學院王建峰副教授和王萬杰教授團隊通過在透明聚合物薄膜表面上磁控濺射ITO并噴涂MXene納米涂層，制得可見光透明的低紅外發射PET-ITO@MXene（PET-IM）復合薄膜。PET-IM復合薄膜具有高可見光透過率和低紅外發射率，使其擁有出色的可見透明紅外隱身性能。同時，該低紅外發射透明復合薄膜具備優異的被動輻射加熱能力（5.7°C），高太陽能吸收率和電導率，在853.8 W·m^?2太陽光輻照下，薄膜表面飽和溫度可達102.3°C；在6V輸入電壓下，薄膜表面飽和溫度可達106.7°C。而且，被動輻射加熱和主動光/電三種加熱模式可以疊加和組合，滿足多種加熱需求。這種低紅外發射透明聚合物復合薄膜在紅外隱身、建筑采光與熱管理、精準節能加熱等方面具有重要應用價值。該研究以“Visible transparent, infrared stealthy polymeric films with nanocoating of ITO@MXene enable efficient passive radiative heating and solar/electric thermal conversion”為題發表在最新一期的《Nano Research》上。

圖1 圖文摘要

圖2 (a)低紅外發射透明聚合物薄膜的熱傳輸機理；(b) PET-IM復合薄膜的制備過程示意圖；(c) MXene納米片的TEM；(d) PET-IM₅₀薄膜的截面SEM；(e)不同薄膜在可見光波段的透過率；(f) PET-IM₃₀薄膜的實物圖；(g)不同薄膜在7-14 um的紅外發射光譜圖；(h)不同薄膜的可見光透過率和紅外發射率對比。

圖3 PET-IM₅₀薄膜在(a) 100 ℃熱臺上、(b)戶外、(c)人體皮膚上的熱紅外圖像；(d)不同薄膜覆蓋在人工皮膚上的實時溫度和 (e) 穩定溫度；(f)不同薄膜覆蓋在人體皮膚上的實時溫度；(g)空白模擬房子和PET-IM₃₀薄膜覆蓋的模擬房子的實物圖和紅外圖； (h)不同薄膜覆蓋的房子的實時溫度和(i)穩定溫度。

圖4 (a)不同薄膜在紫外-可見-近紅外波段的吸收率；(b)戶外光熱實驗裝置；(c)戶外光熱實驗的實時溫度；(d)室內紅外燈照射下復合薄膜的實時溫度；(e)不同輸入電壓下PET-IM₅₀薄膜的電熱性能；(f)不同薄膜在6V電壓下的電熱性能；(g) 不同薄膜I-V曲線；(h) PET-IM₅₀薄膜在不同輸入電壓作用下的溫度演變曲線；(i) 循環電熱實驗。

圖5 PET-IM復合薄膜的多重模式組合加熱。

該論文第一作者為鄭州大學材料學院碩士生杜星園，通訊作者為鄭州大學材料學院王建峰副教授。研究得到國家自然科學基金、鄭州大學優秀青年人才創新團隊、中國博士后特別資助/面上基金、河南省重點研發與推廣專項、高分子材料工程國家重點實驗室開放課題等項目支持。

原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-022-4962-6

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（責任編輯：xu）

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