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可在零能耗情况下转移或保存热量的新型塑料薄膜

发布:guangxuedaren    |    2019-04-07 19:39    阅读:575
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适应性强的薄膜有望用于建筑、可穿戴设备、伪装设备和太阳能电池

 来自美国的研究人员开发了一种新型塑料薄膜,这种薄膜在阳光下能保持凉爽,其重量轻、强度高、可弯曲。这种多功能材料有多种颜色,可以用于建筑和可穿戴产品中,不需要任何电力就可以调节建筑物和人的温度。
    “用于可穿戴技术和建筑应用的材料需要同时控制多种性能,将视觉吸引力和热舒适性结合起来,”美国麻省理工学院Svetlana Boriskina说,她是开发这种材料的研究团队的领导者。“我们创造了第一种基于塑料的柔性材料,它结合了多种光学特性,并通过传导和辐射实现被动热调节,从而实现了这种具有挑战性的平衡。”
       在光学学会(OSA)的期刊《Optical Materials Express》上,研究人员描述了他们是如何通过改变常用的廉价塑料聚乙烯的性能,然后使用纳米颗粒和颜料添加颜色,从而制作出这种新型薄膜的。由此产生的复合薄膜耐用而灵活,并能够提供多种光学、热学和力学性能的组合。
       除了在光照下保持凉爽外,这种新材料还可以用来吸收热量,这种吸收热量的性能使其可以用来制作保暖的衣物,或者通过隐藏夜视摄像机产生的热量来隐藏人或车辆。
       Boriskina说:“我们用来制造这些复合薄膜的材料和工艺已经在市场上可以买到,而且很可能被用于大规模生产低成本、高产量的薄膜。”“这些薄膜有许多潜在的应用,包括用作薄膜太阳能电池和其他柔性电子设备的衬底和外套,以及各种可穿戴设备和服装。
拉伸塑料薄膜
       通常研究人员对材料的颜色和温度控制性能分别针对不同的应用进行优化。为了同时改变这些特性,研究人员从超高分子量聚乙烯薄膜开始,通过物理拉伸薄膜到不同的程度,研究人员发现这种方法可以改变材料的光学、机械和热性能。
       Boriskina解释说:“拉伸薄膜迫使塑料中的聚合物链在一个方向上相互平行,这与在典型塑料中看到的情况非常不同。”“我们证明了这种拉伸赋予塑料新的有用的特性,包括超高导热性、增加宽带透明度、减少雾霾、提高熔点温度和高拉伸强度。”
       为了给薄膜增加颜色和额外的光学性能,研究人员在拉伸材料之前将各种纳米颗粒嵌入聚合物中。利用这一过程,就有可能设计出一种复合材料,利用纳米粒子吸收可见光,但不吸收红外太阳热,从而在阳光下不受热。另一方面,这种材料能有利用效散射中红外线的粒子实现对热量的吸收。
       能够优化雾霾参数的薄膜可作为薄膜太阳能电池的透明外膜,在降低太阳能电池温度、提高效率的同时,增加光的吸收。
测试样品
      研究人员制作了各种各样的薄膜样品,并在实验室用太阳模拟器的人造阳光对它们进行了测试。例如,含有黑色硅纳米颗粒的薄膜显示的温度比用黑色染料和颜料着色的黑色参考纸要低20摄氏度。通过红外摄像机成像,研究人员还观察到热沿激光照射的样品横向传播。这种类型的热扩散有助于降低被照亮的热点的温度,并促进冷却,因为热量是传播到材料表面没有被光直射的区域。
       研究人员计划在进行商业化方案之前,先在室外用自然光测试他们的新材料。他们还利用这项研究的发现开发出聚乙烯纤维和编织、针织纺织品,这将可用于可穿戴技术。这项研究由美国陆军资助。

图:研究人员开发了一种塑料聚乙烯薄膜,它有彩虹般的颜色,可以捕捉或转移热量,非常轻,坚固,可弯曲。

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