DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105695
被動日間輻射制冷（PDRC）是一種將太陽光和熱量同時反射到寒冷的外部空間而無需消耗能量的制冷方式。傳統的PDRC設計通常需要依賴于微納結構，而這種結構很容易損壞和失效。一方面，需要提高PDRC的力學強度。另一方面，通過在同一膜故障部位集成自我監測特性，可以容易地區分修復或更換部位。使用傳統傳感器監測損傷會造成額外的能量損失。因此，迫切需要開發一種能夠監測故障本身的智能PDRC。在此，研究者發現通過靜電紡絲技術獲得的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）納米纖維膜可以有效地散射陽光，同時發射與大氣窗口相匹配的紅外線以實現有效散熱。在制備過程中，靜電場可有效極化PVDF-HFP，使其獲得良好的壓電性能，從而用于監測膜功能的完整性。同時，該膜還可以作為納米發電機，用于收集環境中的機械能，例如雨滴作用于屋頂的能量，這樣不僅可以減少冷卻能的損失，還額外地收集了能量，從而實現了雙重節能設計。其出色的自清潔和可循環利用特性為其綠色節能設計帶來了更多的好處。因此，該智能PDRC為新型節能設計提供了思路。同時，簡單的制備方法更有利于該技術的推廣。
圖1.雙重節能PVDF-HFP纖維膜的形成和形態表征。（a）PVDF-HFP纖維膜的制備過程。（b）在靜電紡絲過程中PVDF-HFP分子結構的變化。（c）PVDF-HFP膜的照片和代表性SEM圖像。（d）膜中PVDF-HFP纖維的直徑分布。
圖2.PVDF-HFP膜的光學特性和被動日間輻射制冷性能。（a）冷卻原理圖。（b）標準化AM1.5全球太陽光譜和長波紅外大氣透射率。（c）PVDF-HFP膜的光譜反射率。（d）用于在陽光下測試性能的裝置示意圖。（e）測試地點的地形和氣象信息。（f）青島的溫度數據結果。
圖3.（a）用COMSOL模擬PVDF-HFP纖維膜對不同入射角度太陽光的反射率。（b）輻射膜的紅外圖像，膜上有一個凹陷的鋁箔作為參考（暗區）。（c）比較COMSOL模擬的實驗組和對照組的散熱能力。（d）溫度跟蹤和（e）相應的冷卻功率數據。補充材料S1中提供了其他信息。（f）不同狀態下混凝土板的紅外圖像和相應的數字圖像：<i，iv>置于陽光下1小時以獲得熱穩定性；<ii，v>覆蓋涂層；<iii，ⅵ>1小時后除去該層。
圖4.單電極智能PDRC的工作機理和輸出性能。（a）單電極智能PDRC的工作機理。（b，c）在不同壓力下的輸出電流和電壓。（d）輸出電流和電壓隨不同外部負載電阻的變化。（e）輸出功率對負載電阻的依賴性。（f）在破壞2個區域后模擬2×2 PDRC陣列，相應區域的散熱效果也降低了。（g）通過比較損壞前后四個區域的電信號輸出來實現自我監測功能。（h）散熱器堵塞前后輸出信號的變化。
圖5.實時監測降雨及其物理特性。（a）智能PDRC收集雨滴機械能并實時監測雨量的示意圖。（b）不同速度的雨滴落在屋頂上的輸出電流。（c）對應于不同降雨的電容器充電電壓。（d）PVDF-HFP膜的水接觸角。（e）PVDF-HFP膜自清潔能力的照片和示意圖。（f）厚度為130μm的PVDF-HFP膜的應力-應變曲線。插圖顯示了獨立的PVDF-HFP膜，其寬度為10mm，厚度為130μm，可支撐錘子。
圖6.廢纖維膜的回收。
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