港大&港中文&上海大学：光照即散热！纳米流体让热管理灵活又高效
来源 | Science
链接 | https://doi.org/10.1126/science.adx5568
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背景介绍
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成果掠影
美国科罗拉多大学Ivan I. Smalyukh教授团队开发了一种介孔光学透明隔热材料（MOCHI），通过表面活性剂胶束模板诱导聚硅氧烷纳米管形成三维介孔网络，经超临界干燥制备而成；其核心优势为>99% 的可见光透过率、10-12 mW/Km的极低热导率（低于静止空气的 27 mW/Km），且可规模化生产出平方米级薄膜和厘米级厚板（最大厚度 37.5 mm）；该材料兼具超疏水、阻燃、力学稳健等特性，可应用于建筑门窗隔热（热阻 R 最高达 3.65 m²・K/W）、太阳能热利用（非聚光条件下 stagnation 温度达≈300℃）等场景，能显著降低建筑能耗并实现能量回收，为可持续建筑围护结构提供了新型解决方案。研究成果“Mesoporous optically clear heat insulators for sustainable building envelopes”为题发表在《Science》。
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图文导读
图1.光敏纳米流体在微通道中诱导对流。a）用于可视化TiO₂纳米流体中的流动的装置的示意图。插图是所制备的TiO₂纳米颗粒的SEM图像。b）由TiO 2在乙腈中与作为氧化还原对的HQ的光氧化还原反应诱导的流场（cTiO₂ = 1 mg/mL，I = 0.8W/cm²）. c）对照实验中的流场：1）在来自底部的UV照射下，没有燃料的TiO₂纳米流体; 3）在自上而下的UV照射下的具有燃料的TiO₂纳米流体d）由TiO₂纳米颗粒催化的光氧化还原反应产生的流动产生机制的示意图e）对于各种光强度I和TiO₂浓度cTiO₂的诱导对流的最大速度Umax。f）对于各种TiO₂浓度的光强度归一化迁移速度（LINMV）。
图2.活性纳米流体的热导体的热导率。c）在循环UV照射下悬浮液的热导率调制。d，e）活性纳米流体的热导率Δd）和归一化值Δ/ΔB e）作为UV光强度I的函数。实线表示线性拟合的结果。
图4.通过调节颗粒和溶剂性质来调节热导率。a）TiO₂、ZnO、Ag₃PO₄和CdS纳米流体的热导率和归一化/B。b）分散在水、乙腈、乙醇和甘油中的TiO₂纳米颗粒的热导率和归一化/B。c）可见光照射下染料敏化TiO₂纳米流体的热导率增强。对于所有上述条件，颗粒浓度保持在1 mg/mL。图（a、b）中使用的光强度始终为0.8 W/cm²。
图5.在结构化UV光照射下活性TiO₂纳米流体的热传输的空间调制。a，c）用于局部加热a）或冷却c）的热传输的空间调制的示意图。b，d）在图案化UV光照射下与加热器b）或冷却器d）连接的光敏纳米流体上方的顶板的温度图。
