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一種超疏水自清潔、零能耗冷卻降溫的PTFE納米纖維膜

日期：2025-09-19 10:19
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摘要：一種超疏水自清潔、零能耗冷卻降溫的PTFE納米纖維膜

一種超疏水自清潔、零能耗冷卻降溫的PTFE納米纖維膜


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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

   被動日間輻射制冷（PDRC）是一種新穎的、環境友好型、零能耗的冷卻技術，它能有效反射太陽輻射（0.3-2.5 μm波段）并通過大氣窗口（8-13 μm波段）向寒冷的外太空輻射熱量，實現物體表面降溫效果。目前相關研究主要集中通過材料和結構的設計以提升PDRC性能。
然而，PDRC器件在實際應用中往往因表面污染及長期耐久性差而存在性能衰退的問題，這限制了其商業化及進一步發展。開發一種易于制備、高效、可連續化生產并具備自清潔特性的高性能PDRC材料，仍是一項巨大的挑戰。
聚四氟乙烯（PTFE）化學鍵單一，C—F鍵具有高大氣窗口（8-13 μm波段）發射能力，且能強烈反射太陽光，具有防紫外線、耐化學腐蝕、熱穩定性良好以及低表面能等獨特優勢，是PDRC應用的理想材料。基于此，天津工業大學研究團隊利用靜電紡絲技術成功制備出一種具有優異的輻射冷卻性能和超疏水自清潔特性的PTFE納米纖維膜（SNM-PTFE）。
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通過向靜電紡絲溶液中加入SiO2氣凝膠，使其被PTFE樹脂充分包裹，廣泛分布于納米纖維的內部和表面。在隨后的燒結過程中，熔融的PTFE樹脂將SiO2氣凝膠牢固地錨定在納米纖維膜表面，防止SiO2氣凝膠的脫落，其超疏水性進一步保障了SiO2氣凝膠在膜表面的穩定性，從而增強了SNM-PTFE的長期耐久性。
基于經典Mie散射理論，靜電紡絲得到的高孔隙率SNM-PTFE能夠強烈散射可見光以提供*大的太陽光反射率。引入的無機粒子SiO2氣凝膠不僅增加了SNM-PTFE的表面粗糙度，使其達到超疏水效果，進而增強自清潔能力，而且進一步提升了SNM-PTFE的隔熱和紅外發射能力。

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為了**且精準地評估SNM-PTFE的PDRC綜合性能，該團隊系統分析了SNM-PTFE的隔熱能力、太陽光反射能力、紅外發射率及其在亞環境時和高于環境溫度時的冷卻性能，證明了通過添加SiO2氣凝膠、增加膜厚度、以及優化膜孔徑可以顯著提升SNM-PTFE的PDRC性能，具體表現為：SNM-PTFE的平均紅外發射率為95.8%，平均反射率為95.4%；在陽光直射下，能夠實現~ 14.4 ℃的亞環境冷卻性能和~ 9.5 ℃的高于環境冷卻性能。
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在實際應用中，PDRC器件往往因浮塵或其他固體污染物的沉積而導致性能衰退以及壽命縮減。具有超疏水表面的SNM-PTFE能夠有效抵御污染物附著，從而提供自清潔特性和長期耐久性。相較于商業化的雙向拉伸PTFE膜（Cb-PTFE）和單向拉伸PTFE膜（Cm-PTFE），SNM-PTFE在戶外環境暴露一個月以后依然維持其優異的冷卻性能，顯示出更為出色的抗污染性和長期耐久性。
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SNM-PTFE優異的綜合性能使其在PDRC領域中展示出巨大的發展潛力，可進一步應用于建筑、工業、商業和人體熱管理等領域。
該工作以“Self-cleaning PTFE nanofiber membrane for long-term passive daytime radiative cooling”為題發表在Chemical Engineering Journal上。
來源：高分子科學前沿




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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

    采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。
    卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。


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    我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
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    上海卷柔科技以現代鍍膜技術為核心驅動力，通過鍍膜設備、鍍膜加工、光學鍍膜產品服務于客戶，努力為客戶創造新的利潤空間和競爭優勢，為中國的民族制造業的發展貢獻力量。