哥伦比亚大学Joule：具有可转换光透射率的多孔聚合物用于调控光和热

【背景及成果介绍】

近年来，具有不同的光学性质和形态的多孔聚合物涂层（PPCs）被作为光学和热管理平台而备受关注。太阳反射但热透明的PPCs被用作具有可调谐红外（IR）发射的器件或用于辐射冷却的覆盖物。然而，这种PPCs本身是光学静态的，从而限制了它们在辐射动态环境中的使用。若PPCs具有光学动态性，则它们有更广泛的应用。例如可调节的太阳能加热和建筑物的辐射冷却。然而，在太阳和热波段下具有可切换光学特性的PPCs仍有待详细的研究。

基于上述问题，美国哥伦比亚大学的Yuan Yang（通讯作者）团队报道了一种多孔聚合物涂层（PPCs），其光学透过率在与普通液体润湿后会发生可逆变化，可以作为一个从太阳光到热波长的光学管理平台。在太阳光波中，润湿时光学散射的减少将PPCs从反射变为透射。聚偏氟乙烯-六氟丙烯的PPCs在太阳光和可见光的透射率变化分别达到0.74和0.80。

此外，对于红外（IR）透明聚乙烯PPCs在润湿会导致从“冰室到温室”的转变，其中太阳光的透明度增加，而热红外透明度降低。这些性能使的PPCs有望用于大规模的光学和热管理。例如用于可转换的低于环境辐射散热（3.2℃）、高于太阳能辐射（21.4℃）、中性色采光和热伪装。相关工作以题目为“Porous Polymers with Switchable Optical Transmittance for Optical and Thermal Regulation”发表在Joule上。

【文章亮点】

• 多孔聚合物在液体可逆润湿时透光率发生改变。

• 在太阳光和热红外光的透射率分别0.74和0.64。

• 可用可转换的辐射冷却、太阳能加热、日光照明和伪装。

• 观察到前所未有的“温室”到“冰屋”的转换。

在文中，作者通过用酒精或水等普通液体润湿PPCs，发现在太阳光和热波长下可逆地转换它们的光学透射率。同时，将这种PPCs放在中空的塑料或玻璃面板上，也可以用于调节室内温度和光线。正如加州大学洛杉矶分校的曼达尔所说：“虽然获得的结果很简单，但与其他光学系统的转换相比，这种转换非常不寻常，而且这可能是首次被报道。”此外，该工作设计的材料与智能窗户相似，但具有更高的光学可转换性，并且因使用更简单、便宜的材料制备而可以大规模制备。更重要的是，将这种简易的PPCs策略被广泛推广时，将有助于在发展中国家在降低经济成本时，提高人民的生活水平。

【图文速递】

（A）多孔P(VdF-HFP)-空气/异丙醇系统从白色转换为透明；（B）干燥和潮湿状态的系统照片；（C）湿态和干态的半球形光谱透射率；（D）PPCs从冰室到温室的转换，以PE-空气/酒精系统为例；（E）干燥和用酒精润湿的PE膜中封入的PE PPCs的LWIR热像图；（F）PE-空气/酒精系统的湿态和干态的半球形光谱透射率。

（A-B）多孔P(VdF-HFP)的SEM显示其纳米级和微米级孔以及纳米孔聚乙烯；（C）干燥和湿润时的多孔P(VdF-HFP)中不同尺寸的孔的散射效率；（D）湿润和干燥的P(VdF-HFP) PPC的测量角透射率和PE PPC的测量角透射率；（E）用酒精干和湿时PE PPC的有效电磁消光系数；（F）160 mm厚的PE PPC的PE-空气/酒精系统的模拟透射率。

（A）从干到湿过渡过程中显示的示意图;（B-C）PPC厚度和长期循环对器件太阳光透射率的影响；（D）在润湿和干燥期间，器件的直接透射率随时间的变化。

名称：材料科学前沿

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