可紫外线阻断及降低建筑内部温度的碳点/聚合物复合材料

来源 :广西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:binhaiwz_2009
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随着全球变暖,节能一直是一个经久不衰的话题,也是当今世界重要的社会意识。不断增长的能源需求,使得二氧化碳排放量增加并导致全球变暖。此外,由于全球变暖,北极极涡在冬季会出现频繁、极端的低温,这种改变会促使平流层中形成云,而这些云能为几十年前由人类排放的含氯氟烃等化学物质提供合适的反应条件,促使其和平流层中的臭氧反应,消耗臭氧。臭氧层出现空洞,到达地表的紫外线辐射便会增强。为了缓解全球变暖效应以及解决紫外线辐射问题,本文从液体、薄膜、水凝胶三种形态,制备了可用于紫外线阻断以及降低温度的碳点/聚合物复合材料。通过水热法制备了蓝、绿、红三种荧光的碳点,并与聚合物进行复合,研究了复合材料的紫外线阻断性能以及降温性能,主要内容如下:(1)用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)合成了热响应液体(TRL),并通过简单的混合方法将TRL与生物质衍生的碳点(CDs)复合以获得CDs@TRL。CDs@TRL具有较高的比热容(4.41 k J·kg-1·K-1)和蓄热能力(264.6 kg-1·K-1)。复合液体在紫外区透光率极低,冷态下仅为5%,热态下完全屏蔽紫外光。此外,复合液体在近红外区域具有屏蔽作用,厚度为10mm的CDs@TRL处于热态时,在近红外区域具有接近于零的透射率,可以有效阻挡红外辐射。此外,液体在模拟实验中达到8.8℃的最大温差,在实际日光环境下达到了3.9°C的最大温差。CDs@TRL表现出优异的稳定性,同时通过多个循环热响应过程显示出可靠的可逆性。(2)使用木糖及环氧大豆油(ESO)为原料分别制备了绿色荧光CDs和丙烯酸酯,并通过自组装策略制备了复合膜。复合膜表现出优异的紫外线阻断能力,几乎屏蔽了紫外线,屏蔽率达99%。此外,硫酸钡(Ba SO4)的存在,使得膜可以反射红外光,达到辐射冷却效果。复合膜在室内及室外测试中,分别达到了8.4℃及4.4℃的降温效果。CDs与环氧树脂组成的第一层膜,不仅削弱了紫外线,还减少了第二层膜对紫外线的吸收,为第二层膜提供了防护。Ba SO4与丙烯酸酯组成的第二层膜主要提供辐射冷却作用。另外,Ba SO4/acrylate膜的回收率在95%以上,使得第二层薄膜可以实现可持续利用。(3)使用菠菜作为生物质原料制备红色荧光CDs,水凝胶由聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙二醇(PEG)构成。10 mm厚度的水凝胶可以屏蔽99%的紫外。PAM提供机械框架,压缩强度达170 k Pa,PEG赋予水凝胶反射红外光的能力。Li Br可以有效地保留水分,室温放置84小时其形态未发生变化,并为水凝胶提供水再生能力,可以维持长期的蒸发冷却工作。水凝胶的再生能力随着Li Br的浓度增加而增强,当Li Br浓度为55%时,再生时间为4 h。通过模拟以及实际测试检测水凝胶的冷却效果,分别达到了9.5℃及5.6℃的冷却效果。
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