研究背景

制冷和制熱是各種場景中至關重要的能源最終用途，特別是在建筑、工業、空間和個人熱管理中。制冷和制熱消耗的能源約占世界總能耗的一半，預計將分別增加83%和79%，空調和中央供暖主要用于典型的制冷/供暖熱管理。然而，它們在冷卻/加熱大片空間和無生命物體時會造成大量能源浪費，導致全球能源和生態危機加劇。因此，采用來自綠色和可持續能源的清潔技術對于制冷/制熱是必不可少的，這對于緩解能源危機和減少溫室氣體排放是重要的。

輻射熱管理，特別是用于無附加能量輸入的被動輻射冷卻（PRC）和被動輻射加熱（PRH），作為傳統能源密集型冷卻/加熱方法的替代方案，已經引起學術界和工業界越來越多的關注。8 - 13 μm）。對于全天候PRC，特別是在白天，大氣窗口內的高發射率和太陽光譜內的高太陽反射率（即，0.3 - 2.5 μm）的材料同步預期在太陽直接照射下實現凈冷卻功率。各種材料形態（例如，薄膜，涂層，織物，和氣凝膠）和材料結構（例如，多層結構，超材料結構，隨機分布的顆粒，和多孔結）已經被開發以實現高效的全天PRC。同時，PRH通過反射溫度超過絕對零度的物體發出的紅外熱輻射來減少輻射熱損失來實現。因此，有效的PRH需要材料中的低紅外發射率，例如金屬和表面金屬化聚合物膜。

相關成果以“Dual-Mode Porous Polymeric Films with Coral-like Hierarchical Structure for All-Day

Radiative Cooling and Heating”為題發表在國際知名期刊《ACS Nano》（JCR一區，中科院一區TOP，IF=15.8）上

研究結論

本文報道了一種用于全天候輻射制冷和加熱的雙模多孔聚合物薄膜，它是通過在多孔PVDF薄膜上修飾MXene而制備的，該薄膜具有豐富的珊瑚狀分層結構。雙模薄膜的冷卻側太陽反射率高達96.7%，紅外發射率高達96.1%，白天和夜間的冷卻溫度分別為9.8℃和11.7℃。在采暖端，超薄的MXene裝飾賦予了11.6%的低紅外發射率和75.7%的高太陽吸收率，有效地阻止了熱輻射損失，吸收了太陽能，確保了8.1°C的優異PRH能力和優異的太陽能采暖性能。同時，導電加熱面賦予具有高焦耳加熱能力的雙模薄膜，能夠有效補償雙模薄膜的加熱方式。此外，三種供暖模式可以任意組合，以達到應對復雜供暖場景所需的供暖能力。值得注意的是，通過翻轉薄膜，雙模式薄膜可以很容易地在冷卻和加熱模式之間切換，以適應動態的季節和天氣變化。本工作為實現高效全天雙模PRC/PRH提供了一種可行的策略，在空間、建筑和個人熱管理的制冷和供暖應用中具有很高的應用前景。

研究數據

圖1.(a)加熱（左）和冷卻（右）模式下的雙模式薄膜示意圖。(b)雙模式薄膜的制備過程示意圖。

圖2.(a)顯示其白色冷卻面的雙模式膠片照片。(b)表面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像和（插圖）雙模式薄膜白色冷卻面的水接觸角。(c)（B）的相應高倍SEM圖像。(d)顯示其黑色加熱面的雙模式膠片的照片。(e)雙模式薄膜黑色加熱面的表面SEM圖像和（插圖）水接觸角。(f)測量的雙模薄膜冷卻面的UV?維斯?NIR反射率（黑線）和紅外發射率（紅線）與AM1.5太陽光譜和“大氣窗口”的對比。(g)測量雙模薄膜加熱面的UV?維斯?NIR吸收率（黑線）和紅外發射率（紅線）。(h)熱狀態下雙模薄膜（加熱面）的熱紅外圖像。

圖3.(a)室外PRC測量實驗裝置的示意圖（上圖）和數字圖像（下圖）。(b)比較室溫多孔PVDF?20薄膜和雙模式薄膜在24小時內的溫度變化（2021年12月24日）。(c)多孔PVDF?20薄膜、雙模薄膜和環境之間的溫度差異。（d）白天和（e）夜間雙模薄膜的理論輻射冷卻功率和溫度曲線。

圖4.(a)PRH測量的實驗裝置示意圖。(b)測量覆蓋有不同薄膜的人工皮膚的實時溫度。(c)PRH實驗1h后不同膜覆蓋人工皮膚的最終溫度。(d)數字和紅外圖像和（e）測量的室內溫度的裸屋模型和加熱房覆蓋雙模膜室內。(f)真實的人體皮膚溫度覆蓋著加熱面的雙模膠片，內插的是數碼和紅外圖像。

圖5.(a)2021年12月21日6：00 - 20：00不同薄膜在太陽照射下的實時溫度。(b)雙模膜（加熱面）與其他膜之間的太陽能加熱溫差。(c)不同電壓下雙模薄膜的焦耳熱性能。(d)在3和4 V電壓下，雙模薄膜在PRH和焦耳雙加熱模式下的室內加熱性能。(e)公屋、太陽能及焦耳加熱模式的轉換程序。(f)室外環境（2022年1月17日）12：00 - 14：30切換制熱模式時的實時溫度曲線。

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07293

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