熱整流效應(yīng)在提升能源使用效率方面潛力巨大，盡管學(xué)界已通過多種方式構(gòu)建熱量回收的不對稱結(jié)構(gòu)，但納米制造的復(fù)雜高成本、相變材料的應(yīng)用局限等問題仍待突破。清華大學(xué)與中國科學(xué)院團(tuán)隊(duì)以 Janus 顆粒乳液為基礎(chǔ)，研發(fā)出不對稱多孔復(fù)合材料，熱整流系數(shù)最高達(dá)38%，且制備成本低、可規(guī)?；?，推動了其實(shí)際應(yīng)用。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然-通訊》上。
熱整流效應(yīng)作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱量定向調(diào)控的熱管理技術(shù)，為提高能源使用效率提供了一種潛在的解決方案。到目前為止，許多學(xué)者已經(jīng)使用多種設(shè)計(jì)、多尺度制造了用于熱量回收的熱整流不對稱結(jié)構(gòu)，但仍然存在一些不足。例如，納米制造技術(shù)的復(fù)雜性和高成本阻礙了納米級不對稱結(jié)構(gòu)的制備，相變材料的結(jié)構(gòu)復(fù)合受限于相變溫度范圍和泄漏風(fēng)險(xiǎn)等。被稱為“雙面神”顆粒的Janus顆粒是一種具有不對稱結(jié)構(gòu)的顆粒，兩個(gè)表面具有不同化學(xué)或物理性質(zhì)，用其制備的乳液具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，為制造熱整流不對稱多孔結(jié)構(gòu)開辟了新的可能性。
清華大學(xué)化學(xué)工程系聯(lián)合中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心，通過Janus顆粒乳液及其逐層澆注和聚合手段，開發(fā)了一種制造具有增強(qiáng)熱整流性能的不對稱多孔復(fù)合材料的方法。實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果表明，制備的多孔復(fù)合材料具有明顯的不對稱結(jié)構(gòu)。采用不同孔隙大小和孔隙率可有效調(diào)控多孔復(fù)合材料的不對稱性及其熱整流效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了最大38%的高熱整流系數(shù)，在小尺度房屋模型應(yīng)用上表現(xiàn)出優(yōu)異的熱量調(diào)節(jié)性能。作者表示，這種低成本規(guī)?；苽浞椒ㄓ兄谕七M(jìn)熱整流材料的實(shí)際應(yīng)用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60792-4
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