协同的紫外线防护与光伏面板喷淋冷却技术，以实现高效运行和长期可靠性

《Results in Engineering》：Synergistic Ultraviolet Protection and Spray Cooling of Photovoltaic Panels for High Efficiency and Long-Term Reliability

本研究采用三种浸润剂（纳米二氧化硅溶液、聚丙烯酸树脂胶、环氧树脂胶）对3D打印砂岩人工岩样进行后处理，通过真空渗透调控其孔隙率和渗透率，显著提升抗压强度至50MPa以上。

　　近年来，随着科技的不断进步，3D打印技术在多个领域展现出巨大的潜力，特别是在岩石力学和地质科学中，其应用正逐步扩展。3D打印岩样技术能够通过数字模型直接生成具有复杂结构和可控物理特性的岩石模拟体，为研究岩石的力学行为、渗透特性以及微结构演化提供了新的途径。然而，现有的3D打印岩样（3D-PRA）仍存在一些技术局限，如强度和刚度不足、孔隙度和渗透率过高，这些因素在一定程度上限制了其在模拟自然岩石方面的广泛适用性。因此，如何通过后处理手段改善3D-PRA的物理、力学和渗透特性，成为当前研究的重点。

本研究通过引入三种不同的浸渍材料——水性纳米二氧化硅溶液（ANSS）、聚丙烯酸树脂粘合剂（PARA）和环氧树脂粘合剂（EPRA）——对3D-PRA进行后处理，以实现对材料特性的精确调控。实验结果显示，三种浸渍材料均能显著提高3D-PRA的无侧限抗压强度，提升幅度超过十倍，甚至超过50 MPa。同时，通过调节浸渍参数，可以将3D-PRA的渗透率控制在从达西级（约10D）到毫达西级（约0.2mD）的多个数量级之间。其中，ANSS的孔隙度和渗透率随着浸渍参数的变化呈现出系统性的变化趋势，而PARA和EPRA的渗透率虽然显著降低，但其变化缺乏明确的数学关系，这表明它们的调控效果在一定程度上受到材料特性的影响。

研究还指出，通过真空辅助渗透技术，能够更有效地实现材料的深入浸渍，特别是对于高粘度的EPRA和ANSS。ANSS由于其良好的流动性和渗透性，能够更灵活地控制渗透率和孔隙度。通过增加真空压力和浸渍次数，ANSS的渗透率和孔隙度能够显著下降，同时其强度也会随之提升。相比之下，PARA和EPRA在经过单次浸渍后，其渗透率和孔隙度变化较为有限，但通过多次浸渍仍可实现一定程度的调控。然而，PARA和EPRA在固化后会在样品表面形成一层坚硬且透明的壳层，这层壳不仅影响了样品的进一步浸渍，还改变了其变形和破坏模式，使其更接近于具有较强塑性的岩石，而非脆性岩石。因此，在模拟脆性岩石时，PARA和EPRA可能并不是最佳选择。

在物理和机械性能测试方面，研究人员采用了多种方法，包括测量样品的表面形态、密度、孔隙度、渗透率、润湿性以及进行单轴和三轴压缩试验。这些测试结果不仅揭示了不同浸渍材料对3D-PRA性能的影响，还进一步探讨了其在不同载荷条件下的破坏模式。例如，在低围压条件下，原始样品和经过一次浸渍处理的样品更容易发生断裂，而在高围压条件下，破坏模式则转变为沿着单一倾斜平面的剪切破坏。经过多次浸渍处理的样品显示出更高的剪切强度，表明浸渍次数与样品性能之间存在正相关关系。

为了更深入地理解这些材料对3D-PRA微观结构的影响，研究还结合了微计算机断层扫描（μ-CT）和扫描电子显微镜（SEM）分析。通过这些技术，研究人员能够观察到浸渍处理前后的孔隙结构、孔隙填充情况以及颗粒之间的结合状态。结果显示，ANSS处理的样品在浸渍次数增加后，孔隙被显著填充，孔隙度逐渐降低，同时颗粒之间的结合强度也有所提升。这种微观结构的变化与宏观性能的改善之间呈现出紧密的联系，表明通过控制微观结构可以有效提升3D-PRA的性能。

在润湿性方面，ANSS处理后的样品表现出较强的两亲性，即对油和水的润湿能力都得到了增强。而PARA和EPRA处理后的样品则仍然保持较强的亲油性，但对水的润湿性有所改善。这种润湿性的变化不仅影响了样品的渗透行为，还可能对其在不同环境下的应用产生重要影响。

通过本研究，研究人员发现，ANSS作为浸渍材料，不仅在操作性和成本效益方面表现优异，还具有更广泛的参数调节能力，使其成为模拟自然砂岩的理想选择。相比之下，PARA和EPRA虽然在某些方面能够显著增强3D-PRA的强度，但其高粘度和固化后的表面层对后续的渗透调控造成了阻碍，限制了其在高精度调控方面的应用。因此，ANSS被推荐为更适用于复杂岩石模拟的浸渍材料。

总体而言，本研究通过系统的实验和分析，为3D打印岩样的后处理技术提供了新的思路和方法，同时也为相关领域的研究提供了重要的参考依据。未来，随着技术的进一步发展，3D打印岩样有望在更多工程和科研场景中得到应用，从而推动岩石力学和地质科学的进步。