材料的温度和颜色本质上是交织在一起的，就像在闷热的太阳下穿着黑色衬衫是令人感到不舒服一样，调整材料的一个属性往往会影响另一个属性。一个来自美国的研究团队设计了一种可定制反射或捕获红外（IR）辐射的彩色聚合物薄膜，并且这种功能并不受它们对可见光响应情况的影响。这些柔软，轻盈的材料可以设计成在阳光下时保持低温，甚至具有可调节的透明度的薄膜。该团队认为，同时独立控制光学和热学性能的技术可以为建筑和服装行业提供各种应用，包括无需电力即可调节建筑物和人的温度。

来自麻省理工学院（MIT）的团队领导者，OSA高级成员Svetlana Boriskina，从彩色玻璃窗中找到了她的灵感。几个世纪以来，人们一直在向玻璃中添加颗粒和颜料，以创造出色彩缤纷的效果，但操纵玻璃的热学性能并不容易。Boriskina和她的团队希望创建一个可持续的解决方案，可以控制材料对可见光和红外光的辐射，并兼具视觉吸引力和热舒适度。为了共同改变这些性能，该团队转向采用导热性能差的聚合物作为其薄膜的基础材料。多年来，麻省理工学院的合作者陈刚一直致力于开发一种技术来操纵柔性聚合物材料导热而非隔热。通过拉伸聚乙烯，他发现材料的内部结构发生了变化，从而导热性能得到改善。

提高聚合物的结晶度

Boriskina和她的团队采用了这种技术并发展了一种颜色改变技术。研究人员用聚乙烯粉末，化学溶剂和纳米颗粒的混合物制造出具有高拉伸强度的柔性薄膜，这些薄膜可根据需要而变化颜色。然后，该团队在设备上进行单轴拉伸。聚合物通常是无定形的，但是由于制造方式不同，可能表现出一些结晶域。随着聚合物复合膜的拉伸，非晶区域变得越来越整齐，提高了结晶度和透明度，同时降低了中红外光谱范围内的热发射率。研究小组发现，随着声子沿着平行聚合物链行进，薄膜拉伸得越多，能够消散的热量就越多。反之，材料拉伸越少，当声子被困在缠结的聚合物链中时，材料隔热性能就越好。

为聚合物添加颜色

通过聚合物中嵌入各种纳米颗粒，染料和磷光颜料，研究人员能够为这些薄膜注入包括颜色在内的光学特性。研究人员选择了特定的有机和无机颗粒，在电磁光谱的可见光和红外光谱部分提供光谱选择性。可见光范围内的光谱选择性使它们能够控制颜色，而近红外光的低吸收率允许其在直射阳光下实现热量控制。例如，该团队设计了一种嵌有二氧化硅纳米粒子的深灰色薄膜和一种嵌有氧化铜（II）的黑色薄膜。这些薄膜在光谱的可见光部分显示出20-65％的吸收率，在近红外光下具有40-50％透射，40％反射的特性。然而，正常的纸张涂成黑色，在两个光谱范围内均显示出均匀的高吸收率和低反射率。

调整聚乙烯的视觉和热性能，以生产具有大范围内散热能力的彩色薄膜。

调节温度

该团队使用太阳模拟器测试其薄膜，并发现一种不吸收太阳光热量的薄膜比模拟器下的参考材料温度低20°C。该团队还在特定波段激光束照射下测试了样品。红外成像显示，在被激光束照射后，热量沿着拉伸的样品横向扩散，随着热量从初始热点扩散而促进冷却。该团队希望最终将这些薄膜商业化，但下一步是在自然阳光下测试材料。团队接下来期望开发用于可穿戴技术的聚乙烯纤维和织物。

除麻省理工学院的科学家外，该团队还包括来自美国作战能力发展指挥士兵中心的研究人员。该研究由美国陆军资助。

微信分享

x

用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

网站内容来源于互联网、原创，由网络编辑负责审查，目的在于传递信息，提供专业服务，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的，请在 20个工作日内与我们取得联系，联系方式：021-80198330。网站及新媒体平台将加强监控与审核，一旦发现违反规定的内容，按国家法规处理，处理时间不超过24小时。