崔屹教授PNAS:?低發射率彩色涂料，供暖/制冷新選擇

稀、飯 1個月前 (08-28) 711瀏覽

1.【導讀】

維持環境溫度在一定范圍內對人類社會來說意義重大，它不僅直接影響人體的舒適程度和工作效率，而且在儲存和運輸中也起著重要作用。據統計，空間供暖和制冷每年消耗約13%的全球能源，如何有效地減少空間與周圍環境之間的熱交換越來越受到人們的關注。其中，先進材料的開發極大促進了供暖和制冷節能方面的發展，例如各種具有低發射率的隔熱材料。但目前先進的低發射率材料一般在可見光和紅外波長范圍內具有高反射率，其外觀呈現金屬銀色或灰色，在實際應用中具有明顯的審美局限性。因此，開發可以更廣泛應用于實際節能應用的有色低發射率材料具有重要意義。

2.【成果掠影】

基于以上研究背景，斯坦福大學崔屹教授（通訊作者）等人開發了一種通用的雙層彩色低發射率涂料。豐富多彩的外觀提供了可與傳統涂料相媲美的美學效果，同時實現了中紅外波長范圍內的高反射率，有效降低了與外部環境的熱量交換。相關研究成果以“Colorful low-emissivity paints for space heating and cooling energy savings”為題發表在Proceedings of the National Academy of Sciences期刊上。

3.【核心創新點】

  1. 開發了一種低發射率彩色涂料，制備的雙層涂層保證美觀的同時，可以提供10倍于傳統涂料的中紅外反射率，具有良好隔熱效果。
  2. 2. 該彩色涂料可實現供暖、通風、空調正向節能，節能率可達到7.4%。
  3. 該涂料的多功能性以及對各種形狀和材料的適用性，使其可以在各種場景中廣泛使用。

4.【數據概覽】

圖1.?工作機理示意圖及樣品展示。??2023 National Academy of Science

（A）低發射率彩色涂料的工作機理圖解。

（B）所設計的雙層涂層結構示意圖。

（C）配制的底層及頂層涂層溶液照片。

（D）不同涂層溶液噴涂制備的涂層照片（單層底層及雙層）。

（E）使用低發射率彩色涂料制備的斯坦福大學Logo照片。

圖2. 形貌及光學性能表征。??2023 National Academy of Science

（A）純Al微片涂層的表面SEM圖像。

（B）彩色（紅色）雙層低發射率涂層的SEM圖像：底部為Al微片涂層，頂部為Fe2O3納米顆粒涂層。

（C）雙層紅色低發射率涂層的截面SEM圖像。

（D）玻璃基板上單層Al微片涂層和雙層低發射率涂層在中紅外波長范圍內的總反射率。

（E）玻璃基板上單層Al微片涂層和雙層低發射率涂層在可見光和近紅外波長范圍內的總反射率。

（F）不同基材上彩色雙層低發射率涂層在中紅外波長范圍內的總反射率。

圖3. 實際應用的可行性評估。??2023 National Academy of Science

（A）純Al微片涂層和不同顏色彩色雙層低發射率涂層的水接觸角。。

（B）高低溫試驗前后測量樣品的中紅外光譜。

（C）酸堿試驗前后測量樣品的中紅外光譜。

（D）色牢度試驗（連續水沖洗法）測試樣品質量變化。

（E）受污染樣品可以很容易通過濕擦拭和水沖洗進行清洗。

（F）涂有彩色低發射率涂層的不同材質、不同形狀物體。

圖4. 人工冷/熱環境下的隔熱演示。??2023 National Academy of Science

（A）安裝電加熱器的模擬建筑和涂有不同表面涂層的模擬建筑照片。

（B）冷環境下熱損失試驗示意圖。

（C）電加熱器所需功率密度測試。

（D）熱環境下熱增益試驗示意圖。

（E）涂有不同表面涂層載重汽車的溫度增長曲線。

（F）熱增益試驗期間測量的冰塊質量變化。

（G）40分鐘測試期間，涂有不同表面涂層的貨箱中冰塊融化情況照片。

圖5. 在美國不同的氣候區，涂有彩色低發射率涂料的公寓建筑節能計算圖。??2023 National Academy of Science

（A）供暖節能。

（B）制冷節能。

（C）風扇節能。

（D）供暖、通風和空調系統總節能。

5.【成果啟示】

為了提供傳統涂料的替代品和通用的節能解決方案，作者提出了一種彩色的低發射率涂料。該涂料可以用于制造低發射率的雙層涂層，同時顯示出豐富多彩的視覺外觀。高的中紅外反射率顯著增強了封閉空間的輻射隔熱，有效地降低了從外部環境獲得或損失的熱量。除了美觀之外，該工作在供暖/制冷和節能之間建立了有效的平衡，減少了維持室內環境溫度的能源消耗。兼具美觀與節能的涂料，對空間供暖/制冷和相關碳中和的發展具有重要的借鑒和啟示意義。

原文詳情：Peng, Yucan, et al. Colorful low-emissivity paints for space heating and cooling energy savings. Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300856120。

本文由famous程供稿。

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