《ACS Nano》:复眼启发的超疏水、陷光仿生复合材料

发布时间:2022-10-21 来源:高分子科学前衍 阅读:1138

可再生能源的有效捕获和连续循环利用是应对资源短缺和环境污染危机的有效途径之一,发展高效的能源捕获与回收材料对于人类的可持续发展至关重要。

在过去的十年间,各种太阳能、风能、潮汐能等可再生能源的捕获材料或装置得到了广泛的关注,能量回收和循环系统的研究也取得了快速而显著的进步,但目前科学研究与实际应用之间的差距仍然是一个急需面对的挑战。

一方面,污染物、酸碱腐蚀、冰覆、风吹等外界因素不仅会降低材料的能量回收效率,更严重的是对能量回收系统核心材料造成永久性破坏;另一方面,产业化和生产成本作为决定能量回收材料竞争力的两个关键因素,仍然需要进一步完善。

图片图1 全天候能量回收与循环系统工作机理

近日,华中科技大学瞿金平院士团队提出了一种具有化学、润湿和热稳定性的全天候能量捕获与循环利用复合材料的制备方法(图1),即微挤注压缩成型,用于高效地制造具有太阳能热发电、LED芯片热管理和余热利用的仿生PE/PEO/GNS复合材料(MN-PPG)。由于PEO和PE形成了共连续网络结构,MN-PPG薄膜具有优异的形状稳定性、高能量存储密度和良好的热管理能力。

MN-PPG薄膜表面的仿生复眼微纳结构赋予其优异的陷光、超疏水、耐酸碱性、防冰和除冰性能,这意味着太阳能可以被更高效地转化成热量用于发电,同时提高了材料的户外使用适应性。此外,通过集成MN-PPG薄膜、LED芯片和热电模块,建立了多功能能量捕获和循环系统,3个太阳下系统的输出功率和开路电压分别为2.5 W m−2和315.4 mV。

更重要的是,该系统不仅可以对夜间照明LED芯片进行热管理,而且可以将其产生的余热进一步转换为电能,因此实现了全天候的能量捕获与循环利用。这项工作打破了能量收集材料功能单一的局限性,为大规模制备适用于户外环境的仿生能量收集材料提供了新的思路。相关工作以“Bioinspired Micro / Nanostructured Polyethylene /Poly (Ethylene Oxide) / Graphene Films with Robust Superhydrophobicity and Excellent Antireflectivity for Solar–Thermal Power Generation, Thermal Management, and Afterheat Utilization”为题发表在《ACS Nano》上。


团队简介

华中科技大学瞿金平院士团队自2019年组建至今,主要围绕多相多组分体系传递与反应过程强化、生态难消纳物质绿色化替代与再利用、功能材料绿色高效制造与产业化应用开展相关研究工作。团队与国内外众多高校、研究机构和企业保持密切合作,目前在研纵向和横向项目多项,拥有一批先进的高分子材料合成、加工和测试表征仪器设备,具备完善的研究设施和科研条件。

吴婷,博士毕业于华南理工大学机械与汽车工程学院,师从瞿金平院士,2021年入职华中科技大学化学与化工学院,长期致力于聚合物成型加工新方法新装备与功能高分子复合材料研究,在Adv. Mater., ACS Nano, Chem. Eng. J., Small, Compos. Sci. Technol., Compos. Part B-Eng., Compos. Part A-Appl. S., Polymer, Soft Matter等国内外知名期刊上发表学术论文近30余篇,其中一篇入选ESI Top 1%高被引,申请发明专利8项,主持和参与国家自然科学基金、国家重点研发计划等国家和省部级科技项目及横向项目10余项。

关键词:可再生能源 能量回收 能量捕获

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