Janus结构聚酰亚胺复合纳米纤维膜：实现集成辐射冷却、抗热冲击及隔热性能，有效应对复杂环境中的热管理挑战

冷宇宙能量通过辐射冷却（RC）实现 thermal comfort 和 energy conservation，但现有研究多集中于最大化冷却功率而忽视动态环境变化的影响。本研究采用电纺工艺制备 Janus 结构聚酰亚胺复合纳米纤维膜，通过氟化聚酰亚胺（太阳能反射率 96.2%，中红外发射率 89.7%）结合核心-壳结构 lauric acid@氟化聚酰亚胺纳米纤维，实现辐射冷却（105.9 W/m2）、热冲击抗性（熔化焓 107.6 J/g，结晶焓 111.9 J/g）及隔热性能的协同，在复杂天气下持续降温 12.8℃ 并维持 40 分钟，系统总结热管理机制与节能原理。

　　

摘要

可以通过辐射冷却（RC）利用宇宙中的冷能来实现热舒适性和节能，这是一种有前景的绿色热管理策略。然而，大多数研究都集中在最大化冷却功率上，而动态环境变化对RC性能的影响却常被忽视。在这项研究中，利用电纺技术制备了一种具有Janus结构的聚酰亚胺复合纳米纤维膜，以实现多种环境下的高效热管理。通过使用不匹配的电荷转移复合物的概念，制备出了具有优异RC性能的氟化聚酰亚胺材料，这些材料能有效解决高太阳吸收率（平均太阳反射率（\(\overline{R}_{\text{solar}}\)）= 96.2%；平均中红外发射率（\(\overline{\varepsilon}_{\text{MIR}\)）= 89.7%）的问题。此外，将月桂酸@氟化聚酰亚胺复合纳米纤维以核壳结构连续沉积在空心聚酰亚胺纳米纤维上，构建了一种集辐射冷却、抗热冲击性（熔化焓（\(\Delta H_m\) = 107.6 J g^{-1}\) 和结晶焓（\(\Delta H_c\) = 111.9 J g^{-1}\)）以及隔热性能于一体的Janus结构膜。该结构表现出优异的冷却功率（105.9 W m^{-2}），良好的温度调节能力（夏季可降温约12.8°C，并在无阳光条件下保持温度2400秒），以及在复杂天气变化下的隔热性能。本文系统总结了该结构在不同环境下的热管理机制和节能原理。鉴于这些优势，本研究为多功能集成RC材料的设计提供了灵感和支持。

图形摘要

可以通过辐射冷却（RC）利用宇宙中的冷能来实现热舒适性和节能，这是一种有前景的绿色热管理策略。然而，大多数研究都集中在最大化冷却功率上，而动态环境变化对RC性能的影响却常被忽视。在这项研究中，利用电纺技术制备了一种具有Janus结构的聚酰亚胺复合纳米纤维膜，以实现多种环境下的高效热管理。通过使用不匹配的电荷转移复合物的概念，制备出了具有优异RC性能的氟化聚酰亚胺材料，这些材料能有效解决高太阳吸收率（平均太阳反射率（\(\overline{R}_{\text{solar}}\)）= 96.2%；平均中红外发射率（\(\overline{\varepsilon}_{\text{MIR}\)）= 89.7%）的问题。此外，将月桂酸@氟化聚酰亚胺复合纳米纤维以核壳结构连续沉积在空心聚酰亚胺纳米纤维上，构建了一种集辐射冷却、抗热冲击性（熔化焓（\(\Delta H_m\) = 107.6 J g^{-1}\) 和结晶焓（\(\Delta H_c\) = 111.9 J g^{-1}\)）以及隔热性能于一体的Janus结构膜。该结构表现出优异的冷却功率（105.9 W m^{-2}），良好的温度调节能力（夏季可降温约12.8°C，并在无阳光条件下保持温度2400秒），以及在复杂天气变化下的隔热性能。本文系统总结了该结构在不同环境下的热管理机制和节能原理。鉴于这些优势，本研究为多功能集成RC材料的设计提供了灵感和支持。

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