熱整流效應在提升能源使用效率方面潛力巨大，盡管學界已通過多種方式構(gòu)建熱量回收的不對稱結(jié)構(gòu)，但納米制造的復雜高成本、相變材料的應用局限等問題仍待突破。清華大學與中國科學院團隊以 Janus 顆粒乳液為基礎，研發(fā)出不對稱多孔復合材料，熱整流系數(shù)最高達38%，且制備成本低、可規(guī)?；?，推動了其實際應用。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然-通訊》上。
熱整流效應作為一種能夠?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，許多學者已經(jīng)使用多種設計、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)復合受限于相變溫度范圍和泄漏風險等。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，兩個表面具有不同化學或物理性質(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。
清華大學化學工程系聯(lián)合中國科學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熱整流性能的不對稱多孔復合材料的方法。實驗及模擬結(jié)果表明，制備的多孔復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)控多孔復合材料的不對稱性及其熱整流效應，實現(xiàn)了最大38%的高熱整流系數(shù)，在小尺度房屋模型應用上表現(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熱整流材料的實際應用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60792-4
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