Блог

Apr 10, 2024

Термокраска — аэрозольное покрытие MXene может использовать инфракрасное излучение для нагрева или охлаждения

An international team of researchers, led by Drexel University, has found that a thin coating of MXene — a type of two-dimensional nanomaterial discovered and studied at Drexel for more than a decade

Международная группа исследователей во главе с Университетом Дрекселя обнаружила, что тонкое покрытие из MXene — типа двумерного наноматериала, открытого и изучаемого в Дрекселе более десяти лет, — может улучшить способность материала улавливать или отдавать тепло. Открытие, связанное со способностью MXene регулировать прохождение окружающего инфракрасного излучения, может привести к прогрессу в области термоодежды, нагревательных элементов и новых материалов для радиационного нагрева и охлаждения.

Группа, в которую входят исследователи материаловедения и оптоэлектроники из Дрекселя и ученые-вычислители из Пенсильванского университета, недавно изложила свое открытие о возможностях радиационного нагрева и охлаждения, связанных с MXene, в статье под названием «Универсальность инфракрасных свойств MXene» в журнале Elsevier. Журнал «Материалы сегодня».

«Это исследование раскрывает еще одну грань универсальности материалов MXene», — сказал Юрий Гогоци, доктор философии, заслуженный университет и профессор кафедры Баха в Инженерном колледже Дрекселя, который был руководителем исследования. «Покрытия MXene, обладающие исключительными способностями сдерживать или излучать инфракрасное излучение, оставаясь при этом чрезвычайно тонкими — в 200-300 раз тоньше человеческого волоса — легкими и гибкими, могут найти применение как в локализованном терморегулировании, так и в крупномасштабных системах радиационного нагрева и охлаждения. Пассивное инфракрасное отопление и охлаждение имеет значительные преимущества по сравнению с традиционными активными, для работы которых требуется электроэнергия».

MXenes — это семейство двумерных наноматериалов, первоначально открытых исследователями Drexel в 2011 году, которые — благодаря своему составу и двумерной структуре — постепенно доказали свою исключительную способность проводить электричество, хранить электрическую энергию, фильтровать химические соединения и блокировать электромагнитное излучение. , среди других возможностей. На протяжении многих лет ученые-материаловеды производили и тщательно исследовали MXenes с различным химическим составом, что привело к открытию множества применений.

В своей недавней статье команда измерила способность 10 различных композиций MXene помогать или препятствовать прохождению инфракрасного излучения — мера, называемая «излучательной способностью», — которая коррелирует с их способностью пассивно улавливать или рассеивать окружающее тепло.

«Из предыдущих исследований мы знали, что MXenes более чем способны отражать или поглощать радиоволны и микроволновое излучение, поэтому следующим шагом было изучение их взаимодействия с инфракрасным излучением, которое имеет гораздо более короткую длину волны», — сказал Даньчжэнь Чжан, докторант. исследователь лаборатории Гогоци и соавтор статьи. «Преимущество возможности контролировать прохождение инфракрасного излучения заключается в том, что мы можем использовать этот тип излучения для пассивного нагрева – если мы можем его сдержать – или пассивного охлаждения – если мы можем его рассеять. Протестированные нами MXenes показали, что они могут делать и то, и другое, в зависимости от их элементного состава и количества атомных слоев».

По словам Татьяны Григорчук, по сравнению с пассивными охлаждающими материалами, доступными сегодня на рынке, которые позволяют тепловому инфракрасному излучению тела (теплу тела) выходить через легкий и пористый текстильный состав, текстиль с покрытием MXene может работать даже лучше, по словам Татьяны Григорчук. докторант лаборатории Гогоци и соавтор исследования, поскольку эти ткани с покрытием обладают дополнительной способностью отражать внешнее инфракрасное излучение, чтобы избежать нагревания от солнечного света, а также пропускают инфракрасное излучение, испускаемое телом.

Исследователи обнаружили, что карбид ниобия MXenes может эффективно рассеивать тепло, в то время как карбид титана демонстрирует исключительную теплозащиту: его температура поднимается только до 43 градусов по Цельсию после пятиминутного нагрева на плите с температурой 110 градусов.

«Высокая излучательная способность, такая как у карбида ниобия, также возможна в диэлектрических материалах», — сказал Гогоци. «Однако MXenes сочетают эту способность с электропроводностью, а это означает, что эти MXenes также можно использовать в качестве активных электрических нагревательных элементов с подачей внешнего питания».