能源的合理利用和轉(zhuǎn)換是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的主要手段。 MXene 可用于光熱轉(zhuǎn)換，但其不透明的外觀限制了更廣泛的應(yīng)用。在此，我們通過將MXene與聚乙烯溶液共混，然后真空壓制，成功開發(fā)出可見光透明且吸收紫外線的聚合物復(fù)合薄膜。所得薄膜在400mWcm−2光照射下可快速加熱至65℃，并保持85％以上的可見光透過率和低霧度（<12％）。室內(nèi)隔熱測試結(jié)果表明，覆蓋該薄膜的玻璃房模型溫度比未覆蓋模型低6-7℃，揭示了透明薄膜在節(jié)能應(yīng)用中的潛力。為了模擬建筑在各種氣候下的節(jié)能狀況，利用EnergyPlus建筑能耗軟件創(chuàng)建了以該薄膜為窗外層的典型建筑模型。據(jù)預(yù)測，它們每年可減少31-61 MJ m−2 的制冷能耗，占此類結(jié)構(gòu)制冷總能耗的3%-12%。這項工作意味著該薄膜在能源相關(guān)應(yīng)用中作為透明器件具有廣泛的潛力。
圖1. a MXene@BZT/UHMWPE薄膜的制備過程示意圖。 b 含有 2 wt.% BZT 和不同 MXene 含量的復(fù)合薄膜的 DSC 和 c 1D-WAXD 曲線。不同含量復(fù)合薄膜的d TGA和e DTG曲線。 f 復(fù)合薄膜受壓前后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和g相應(yīng)的計算結(jié)果，其中U-PE-1和U-PE-2分別代表受壓前后的UHMWPE薄膜。誤差線代表測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
圖2. a 復(fù)合薄膜的光學(xué)圖像和 b 薄片尺寸分布。 c 0.5M2B薄膜表面和橫截面的SEM和EDS。 d 不同含量復(fù)合薄膜的FTIR光譜。
圖3. a、b 不同MXene含量的復(fù)合薄膜壓制前(a)和壓制后(b)的紫外-可見透射光譜。 c 不同MXene和BZT含量的復(fù)合薄膜壓制前后的霧度。實線和虛線分別對應(yīng)于壓制之前和壓制之后的UHMWPE薄膜。 d 復(fù)合薄膜在不同配置下壓制前（上）和壓制后（下）的光學(xué)照片和 SEM 圖像。 e 聚乙烯產(chǎn)品的霧度和透光率概述。用于比較的數(shù)據(jù)是從文獻中獲得的。
圖4. a、b 不同MXene含量的UHMWPE薄膜在400mW cm−2 (a)和100mW cm−2 (b)光照射下的溫度-時間曲線。 (a) 右側(cè)的插圖顯示了相應(yīng)的紅外熱圖像。 c 不同BZT含量的UHMWPE薄膜在400mWcm−2輻照下的溫度-時間曲線。 d 不同光強下平衡溫度的實驗數(shù)據(jù)和線性擬合結(jié)果。 e, f 不同MXene含量的UHMWPE薄膜在100mW cm−2 (e)和400mW cm−2 (f)輻照下的循環(huán)升溫曲線。
圖5. a UHMWPE復(fù)合膜的光熱轉(zhuǎn)換示意圖。 b、c 含有 2 wt.% BZT 和不同 MXene 含量的 UHMWPE 薄膜（底部）和含有 0.3 wt.% MXene 和不同 BZT 含量的 UHMWPE 薄膜（頂部）的吸收光譜。 d 手腕和貼在手腕上的 0.5M2B 薄膜在 100mWcm−2 照射 1 分鐘后的紅外熱圖像。
6. a, b 圖（a）和數(shù)字照片（b）顯示了戶外冷卻性能測量系統(tǒng)。c 中國鄭州的戶外太陽照明測量（頂部）、相對濕度（中部）和溫度（底部）。d 不同尺寸的0.5M2B薄膜的冷卻特性。
圖7. a 根據(jù)美國亞利桑那州鳳凰城（北緯 33.45°，西經(jīng) 111.98°）的天氣數(shù)據(jù)，使用四種類型窗戶的建筑模型的年度冷卻能耗。 b 使用這四種窗戶的建筑模型每月額外節(jié)省的冷卻能源。 c 根據(jù) 12 個城市的天氣數(shù)據(jù)，使用 0.5M2B 薄膜的建筑模型的年度冷卻節(jié)能和百分比。
相關(guān)科研成果由中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所Caofeng Pan等人于2024年發(fā)表在Nature Communications（https://doi.org/10.1038/s41467-024-47432-z）上。原文：Transparent ultrahigh-molecular-weight polyethylene/MXene films with efficient UV-absorption for thermal management
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47432-z
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
