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南京林業大學AM：全生物質仿生荊棘纖維輻射冷卻材料

文章來源：新能源網更新時間：2025-10-23 15:27:34

隨著全球冷卻需求持續增長，傳統冷卻系統的高能耗問題日益突出。被動輻射冷卻技術通過大氣窗口將熱量以紅外輻射形式散發至外太空，實現零能耗冷卻，成為研究熱點。然而，現有輻射冷卻材料，如無機物、金屬基和有機聚合物，往往依賴有毒溶劑且難以降解，導致環境污染。生物質材料雖環保，但天然纖維的隨機多孔結構導致太陽散射效率低，反射率不足90%，限制了其應用。

近日，南京林業大學梅長彤教授、劉朝政副教授和中國石油大學（華東）李美春教授合作開發出全生物質仿生荊棘纖維輻射冷卻材料。受Dendrocnide moroides植物硅針結構的啟發，團隊通過水熱處理纖維素納米晶體，結合Na?介導的靜電自組裝和直接墨水書寫3D打印技術，制備出具有有序結構的仿生荊棘纖維。該材料在可見光波段平均反射率達91.0%，大氣窗口內發射率達92.4%，展現出卓越的白天輻射冷卻能力。此外，將其集成于梯度結構熱電發電機中，可在30°C溫差下實現7.61 W m?²的輸出功率密度，為電子元件廢熱回收提供了新方案。相關論文以“Sustainable All-Biomass Radiative Coolers with Biomimetic Thorny Fiber for Enhanced Thermoelectric Power Generation”為題，發表在Advanced Materials上，論文第一作者為Shi Xiaojie。研究團隊從Dendrocnide moroides葉面的硅針結構獲得靈感，這些針狀結構能有效散射光線。通過DIW打印技術，使用纖維素納米纖維和脫硫纖維素納米晶體混合墨水，制備出仿生荊棘纖維。掃描電鏡圖像顯示，打印的BTF具有類似木質部的分層多孔結構，這種結構增強了光散射和紅外輻射。能量流圖和光學原理圖表明，高反射率和高發射率是高效輻射冷卻的關鍵。FTIR光譜證實了BTF在大氣窗口內的化學鍵振動，支持其冷卻能力。

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