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English| 發(fā)布日期：2024-09-20 |
在全球氣候變化不斷升級(jí)的情況下，被動(dòng)輻射制冷是一種潛在的可持續(xù)熱管理策略。維持舒適環(huán)境的能源消耗占總能源使用量的很大一部分，特別是在發(fā)達(dá)地區(qū)，它超過(guò)了累積消耗量的40%。在這些情況下，實(shí)現(xiàn)能量冷卻需要更大的緊迫性。與空調(diào)等主動(dòng)冷卻方法相比，被動(dòng)輻射冷卻技術(shù)提供了一種潛在的可持續(xù)的替代方案。這種方法利用了將內(nèi)部熱量輻射到較冷的外部環(huán)境的能力，同時(shí)反射太陽(yáng)輻射，所有這些都不需要外部能量輸入，使冷卻能夠自我維持。
被動(dòng)輻射冷卻技術(shù)實(shí)際就是將波長(zhǎng)范圍約在0.3-2.5 μm的太陽(yáng)光高反射回去，同時(shí)把自身熱量通過(guò)波長(zhǎng)為8-13 μm的大氣透明窗口散逸到寒冷的外太空。然而，石油化工冷卻材料由于對(duì)陽(yáng)光的吸收，往往面臨效率方面的挑戰(zhàn)。生物質(zhì)材料因其生態(tài)友好性、豐富的可用性和具有定制工程以提高可回收性的潛力而獲得了大量的關(guān)注。而生物質(zhì)本征光致發(fā)光材料受光致發(fā)光的影響，在VIS范圍內(nèi)（400-800nm）的反射率已經(jīng)超過(guò)傳統(tǒng)材料所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能。本文利用地物光譜儀對(duì)生物質(zhì)本征光致發(fā)光材料進(jìn)行了反射率檢測(cè)。
圖1 高輻射冷卻效率的原理圖
1. 樣品的制備
首先，作者展示了一種用于合成大規(guī)模、長(zhǎng)程各向異性生物質(zhì)氣凝膠的焊接方法。由豐富的生物質(zhì)原料——GE和DNA制成的基礎(chǔ)分層氣凝膠磚，通過(guò)雙向冷凍干燥工藝制成。其中，GE-DNA氣凝膠磚由含有0.04 g/mL GE和0.01 g/mL DNA的水凝膠制成，被命名為G4D1。這些磚可以沿分層方向進(jìn)行水焊，從而形成以長(zhǎng)距離有序結(jié)構(gòu)為特征的膨脹氣凝膠板（圖2）。所得氣凝膠板的密度低至0.06 g/cm3和壓縮模量高達(dá)6.68 MPa。整個(gè)過(guò)程沒(méi)有有毒試劑和能源密集型加熱過(guò)程，使其對(duì)環(huán)境友好。該工藝為各向異性生物質(zhì)氣凝膠提供了可持續(xù)、可擴(kuò)展和環(huán)保的合成途徑。
圖2 氣凝膠板的制備示意圖
2. 平臺(tái)搭建
圖3 檢測(cè)裝置示意圖
3. 反射率測(cè)試
氣凝膠在可見(jiàn)光范圍內(nèi)（400-800nm）的太陽(yáng)加權(quán)反射率為104.0%，而在近紅外區(qū)域（>800 nm）測(cè)量的反射率為97.1%（圖3）。在測(cè)試過(guò)程中，我們進(jìn)一步對(duì)氣凝膠樣品應(yīng)用了一個(gè)450 nm的濾光片，以防止紫外光激發(fā)。在保持NIR幾乎一致的同時(shí)，非激發(fā)樣品的曲線在近紅外區(qū)域的反射率要低得多，說(shuō)明熒光有助于反射率增益（~8%）。同樣，熒光強(qiáng)度相對(duì)較低的G4在可見(jiàn)光區(qū)域的反射率也較低。這些發(fā)現(xiàn)表明，光致發(fā)光確實(shí)在增強(qiáng)特定光譜波段內(nèi)的太陽(yáng)反射率方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
圖4 反射率光譜
本文展示了一種天然光致發(fā)光生物質(zhì)氣凝膠，并利用OFS地物光譜儀對(duì)該氣凝膠進(jìn)行了反射率測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)天然光致發(fā)光生物質(zhì)氣凝膠在可見(jiàn)光區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了超過(guò)100%的反射率，允許在白天將熱量輻射消散到寒冷的外層空間，從而帶來(lái)了較大的輻射冷卻效果。除此之外，此氣凝膠完全由生物質(zhì)原料制造，具有高可修復(fù)性、可回收性和生物降解性，在其使用壽命內(nèi)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響。這種可擴(kuò)展的生物質(zhì)冷卻材料為未來(lái)的節(jié)能和可持續(xù)應(yīng)用帶來(lái)了希望，可以大幅減少碳排放和能源消耗。
OFS系列地物光譜儀
1. 產(chǎn)品簡(jiǎn)介
如海光電為滿足客戶對(duì)土壤、礦石、遙感、農(nóng)作物、海洋、內(nèi)陸水質(zhì)、林業(yè)與生態(tài)等的測(cè)量與研究，自主研發(fā)并生產(chǎn)了寬光譜OFS系列地物檢測(cè)系統(tǒng)。
光譜儀采用先進(jìn)處理器，使用節(jié)電設(shè)計(jì)，并縮小了設(shè)備體積，客戶不必送檢操作，工作人員可以到工地等現(xiàn)場(chǎng)抽檢，從而能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)樣品進(jìn)行便攜測(cè)量。該設(shè)計(jì)不僅改變了人們對(duì)檢測(cè)設(shè)備“粗大笨”的印象，還簡(jiǎn)化了專業(yè)操作步驟。
此外，光譜儀配置了專業(yè)的地物測(cè)量軟件，可滿足反射、透射、輻射、顏色等多種模式的測(cè)量，支持一鍵操作，測(cè)量方便、簡(jiǎn)單快捷、容易掌握。內(nèi)置軟件含有多種數(shù)據(jù)處理方法，如數(shù)據(jù)剪切、數(shù)據(jù)平滑、背景扣除、譜峰檢測(cè)、插值方法-線性插值等。
2. 產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)
? 對(duì)于用戶而言，地物光譜儀提供的更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，有助于準(zhǔn)確評(píng)估低濃度和低反射率物質(zhì)?？蓮V泛應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：植被情況、養(yǎng)分檢測(cè)、長(zhǎng)勢(shì)研究、水分脅迫、病蟲(chóng)害；環(huán)境氣象：藻類、冰雪覆蓋率、大氣光譜、光合作用、水土污染度、輻照度等。其優(yōu)點(diǎn)包括：
? 性能優(yōu)異，即具有優(yōu)異的光路設(shè)計(jì)光譜檢測(cè)模塊，具有高分辨率、高靈敏度；
? 增強(qiáng)的光學(xué)配置可提供更準(zhǔn)確的光譜結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)高光譜清晰度；
? 擁有高性能，確保提供蝕變礦物識(shí)別；
? 標(biāo)準(zhǔn)加固包鋼光纜可確保穩(wěn)定的光譜質(zhì)量；
? 無(wú)需樣品制備，意味著可以在野外快速進(jìn)行掃描；
? 軟件強(qiáng)大，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、比對(duì)等工作；
? 可適配光譜范圍在350-2500 nm（其他波長(zhǎng)范圍可定制）；
? 配備45/0反射式探頭；
? 具有高信噪比，動(dòng)態(tài)范圍大。
