在全球極端氣候頻發(fā)，夏季高溫屢屢突破40℃且持續(xù)時長不斷增加的當下，人們在戶外活動或作業(yè)面臨嚴重的高溫威脅，從道路值勤人員到建筑工人，從農民到普通行人，極端高溫對身體健康的影響不容小覷，因此熱防護是保障極端環(huán)境下作業(yè)人員生命安全與健康的關鍵技術。氣凝膠因其卓越的隔熱性能和極低的密度，是實現(xiàn)極端環(huán)境熱防護及其輕量化的理想材料。
為此，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所王錦研究員等人針對極端環(huán)境熱防護，設計合成了系列耐極端環(huán)境的有機、無機氣凝膠（Mater Sci Eng R 2024, 161, 100842；Adv Mater 2024, 36, 2310023；Adv Mater 2023, 35, 2207638；Adv Funct Mater 2023, 33, 2309148），發(fā)現(xiàn)了氧化硅氣凝膠強力輻射降溫能力，并提出了氣凝膠功能基元改性概念，通過與其他材料進行“人工序構”復合，解決可穿戴熱防護和輕量化問題，例如自適應保溫/降溫（Adv Sci 2022, 9, 2201190；Macromol Rapid Commun 2023, 44, 2200948；Adv Funct Mater 2023, 33, 2300441；ACS Nano 2021, 15, 19771；Adv Funct Mater 2024, 2314947；Device 2023, 1, 100095），以及致冷和加熱雙功能織物（Adv Funct Mater 2024, 2411551）等。盡管這些復合材料在綜合性能方面表現(xiàn)出色，但在極端高溫環(huán)境下的降溫效果仍存在局限性，無法滿足長時間高溫暴曬下的降溫需求。
液態(tài)水因高蒸發(fā)焓（約2260 J/g）、較低的沸點（100℃）、高冷卻功率以及綠色可再生的特性，在工業(yè)和電子設備冷卻領域廣泛應用。但液態(tài)水在室溫下的流動狀態(tài)限制了其可穿戴應用。近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所王錦研究員、李清文研究員等聯(lián)合香港中文大學龍祎教授團隊設計并制備出一種輕質的多級孔水凝膠（HPHG）。這種水凝膠通過多級孔結構，實現(xiàn)了極端高溫環(huán)境下，比傳統(tǒng)最優(yōu)輻射制冷材料遠好的制冷效果；同時實現(xiàn)了大面積制備與服裝穿戴：在直射陽光下，HPHG的表面溫度可比環(huán)境溫度低22.5°C，且冷卻時間可長達15小時。研究團隊還將HPHG制成一款輕量化冷卻背心，重量不足350克，穿戴后人體皮膚溫度平均可比空氣溫度低11°C。從制作過程來看，將超疏水二氧化硅氣凝膠（SHBSA）分散在聚乙烯醇（PVA）水凝膠中，經過反復凍融操作成功制備出HPHG，其厚度僅為毫米級，密度低、力學性能優(yōu)異，適合大規(guī)模生產，并能夠制作成輕質、具有一定力學強度無源降溫服裝。
研究結果表明，經過反復凍融操作，HPHG形成了多級孔結構。SHBSA使HPHG從高度透明變?yōu)榘咨煌该鳎嗉壙捉Y構的存在增加了入射太陽光的總散射效率。由于Si - O - Si鍵在7 - 14 μm范圍內有強烈吸收，與8 - 13 μm的大氣透明窗口重疊，而在可見光范圍內幾乎沒有吸收，因此多級孔結構增加了HPHG的太陽光反射率（0.9），避免了高太陽光能量的吸收。
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