NTEX丨功能纺织报道
被动辐射降温涂层材料是一种零能耗、零排放的新兴节能技术，在提高建筑能效方面具有独特优势。能够通过反射太阳光和辐射热红外有效降低物体表面的温度，从而降低制冷能耗，因此在减少全球能源消耗方面前景广阔。然而，辐射降温涂层材料在应用过程中其表面易被环境灰尘、微生物、雨水等污染导致功能削弱，从而降低材料使用寿命。另一方面，现有的涂层材料在低温环境下会持续辐射降温导致过度制冷，反而增加冬季供暖能耗。此外，如何实现该材料的大面积量产以推动其迈向实际应用，仍然需要攻坚克难。
受荷叶的纵向梯度特征和表面微纳结构的启发，陕西科技大学薛朝华教授团队联合香港理工大学王钻开教授和华中科技大学陶光明教授团队合作研究，通过一步相分离工艺，制备出了一种集超疏水表面自清洁、太阳光反射率自动可调和热红外发射有效利用于一体的多功能调温涂层，实现了高温环境下的辐射降温和低温环境下的太阳能加热从而达到“冬暖夏凉”智能调温。这项研究成果以“Bioinspired Superhydrophobic All-in-one Coating for Adaptive Thermoregulation”为题发表在《Advanced Materials》（IF：29.4）上。
研究团队从荷叶的特殊结构汲取灵感，开发了一种能够根据外界温度变化自动调节自身光学性质的涂层。该涂层由几种不同的材料复合而成，包括具有温度响应特性的热致变色微胶囊（TCMCs）、疏水性SiO2和聚偏氟乙烯共六氟丙烯[P(VDF-HFP)]。
涂层的结构设计的非常巧妙，上表面具有微纳多孔结构，由低表面能聚合物P(VDF-HFP)组成，散布着SiO2纳米团簇。这种结构协同赋予了超疏水表面所需的“低表面能+微纳米粗糙结构”特征，类似于荷叶的上表皮，从而确保了其光学特性的维持。在这些微纳粗糙结构下面，嵌入了TCMCs，这些微胶囊会根据温度的变化改变其颜色实现对太阳光反射和吸收的切换。而涂层的底部则是由许多微纳小孔洞组成的多孔结构，这些孔洞有助于提高涂层对太阳光的反射性能。
这种多功能协同一体化涂层的独特之处在于，它能够根据季节和温度的变化自动调节。在夏季高温时，涂层中的TCMCs会变成白色状态，与底部微结构协同反射大部分阳光能量，帮助降低物体表面的温度，其太阳光反射率高达92.3%，热红外发射率高达95.8%。相反，在冬季低温时，TCMCs转变为彩色，帮助涂层吸收热量，从而实现太阳光加热。此外，在其中还加入了光学改性剂对涂层进行防晒保护，与其表面的超疏水性自清洁作用共同保障了涂层功能的持久稳定性。
同时这种超疏水智能一体化涂层还可以作为一种热防护材料保护通讯设备和汽车等免受极高或极低的温度影响。能耗模拟结果显示，所设计的涂层与普通建筑相比制冷能耗平均节能53%，与传统的辐射降温材料相比年能耗最大节能18.7%。这项研究为智能调节辐射降温技术的大规模制造提供了新方法，有望推动辐射降温材料研究迈向户外实际应用，对于推动全球碳中和与可持续发展提供了一种全新的解决方案，以应对气候变化带来的挑战。
图1 仿生超疏水冬暖夏凉调温涂层的设计、形貌表征和光学性能
图2 仿生超疏水冬暖夏凉调温涂层的大面积制备及建筑节能模拟
陕西科技大学博士后柳冰莹和华中科技大学博士研究生吴嘉威为文章共同一作，陕西科技大学薛朝华教授、香港理工大学王钻开教授和华中科技大学陶光明教授为文章共同通讯作者。感谢国家自然科学基金（52103263, 62175082）、国家重点研发计划项目（2022YFB3805800）、华中科技大学多学科研究支撑计划项目（2023JCYJ039）、武汉光电国家实验室开放项目（2023083）、华中科技大学人文社会科学双一流基金（华中科技大学体育产业研究中心）、陕西省国际科技合作重点项目（2023-GHZD-09）、陕西省教育厅科学基金重点项目（22JY011）、陕西省科研发展重点项目（2023gxhl-070）、陕西省秦创原“科学家+工程师”团队（2023KXJ-069）、陕西省重点研发计划项目（2020ZDLGY13-11）、陕西省科技创新团队项目（2024RS-CXTD-46）对本工作的大力支持！
来源：功能纺织
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