能源的合理利用和轉換是實現碳中和目標的主要手段。 MXene 可用于光熱轉換，但其不透明的外觀限制了更廣泛的應用。在此，我們通過將MXene與聚乙烯溶液共混，然后真空壓制，成功開發出可見光透明且吸收紫外線的聚合物復合薄膜。所得薄膜在400mWcm−2光照射下可快速加熱至65℃，并保持85％以上的可見光透過率和低霧度（<12％）。室內隔熱測試結果表明，覆蓋該薄膜的玻璃房模型溫度比未覆蓋模型低6-7℃，揭示了透明薄膜在節能應用中的潛力。為了模擬建筑在各種氣候下的節能狀況，利用EnergyPlus建筑能耗軟件創建了以該薄膜為窗外層的典型建筑模型。據預測，它們每年可減少31-61 MJ m−2 的制冷能耗，占此類結構制冷總能耗的3%-12%。這項工作意味著該薄膜在能源相關應用中作為透明器件具有廣泛的潛力。
圖1. a MXene@BZT/UHMWPE薄膜的制備過程示意圖。 b 含有 2 wt.% BZT 和不同 MXene 含量的復合薄膜的 DSC 和 c 1D-WAXD 曲線。不同含量復合薄膜的d TGA和e DTG曲線。 f 復合薄膜受壓前后的應力-應變曲線和g相應的計算結果，其中U-PE-1和U-PE-2分別代表受壓前后的UHMWPE薄膜。誤差線代表測量值的標準偏差。
圖2. a 復合薄膜的光學圖像和 b 薄片尺寸分布。 c 0.5M2B薄膜表面和橫截面的SEM和EDS。 d 不同含量復合薄膜的FTIR光譜。
圖3. a、b 不同MXene含量的復合薄膜壓制前(a)和壓制后(b)的紫外-可見透射光譜。 c 不同MXene和BZT含量的復合薄膜壓制前后的霧度。實線和虛線分別對應于壓制之前和壓制之后的UHMWPE薄膜。 d 復合薄膜在不同配置下壓制前（上）和壓制后（下）的光學照片和 SEM 圖像。 e 聚乙烯產品的霧度和透光率概述。用于比較的數據是從文獻中獲得的。
圖4. a、b 不同MXene含量的UHMWPE薄膜在400mW cm−2 (a)和100mW cm−2 (b)光照射下的溫度-時間曲線。 (a) 右側的插圖顯示了相應的紅外熱圖像。 c 不同BZT含量的UHMWPE薄膜在400mWcm−2輻照下的溫度-時間曲線。 d 不同光強下平衡溫度的實驗數據和線性擬合結果。 e, f 不同MXene含量的UHMWPE薄膜在100mW cm−2 (e)和400mW cm−2 (f)輻照下的循環升溫曲線。
圖5. a UHMWPE復合膜的光熱轉換示意圖。 b、c 含有 2 wt.% BZT 和不同 MXene 含量的 UHMWPE 薄膜（底部）和含有 0.3 wt.% MXene 和不同 BZT 含量的 UHMWPE 薄膜（頂部）的吸收光譜。 d 手腕和貼在手腕上的 0.5M2B 薄膜在 100mWcm−2 照射 1 分鐘后的紅外熱圖像。
6. a, b 圖（a）和數字照片（b）顯示了戶外冷卻性能測量系統。c 中國鄭州的戶外太陽照明測量（頂部）、相對濕度（中部）和溫度（底部）。d 不同尺寸的0.5M2B薄膜的冷卻特性。
圖7. a 根據美國亞利桑那州鳳凰城（北緯 33.45°，西經 111.98°）的天氣數據，使用四種類型窗戶的建筑模型的年度冷卻能耗。 b 使用這四種窗戶的建筑模型每月額外節省的冷卻能源。 c 根據 12 個城市的天氣數據，使用 0.5M2B 薄膜的建筑模型的年度冷卻節能和百分比。
相關科研成果由中國科學院北京納米能源與系統研究所Caofeng Pan等人于2024年發表在Nature Communications（https://doi.org/10.1038/s41467-024-47432-z）上。原文：Transparent ultrahigh-molecular-weight polyethylene/MXene films with efficient UV-absorption for thermal management
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47432-z
轉自《石墨烯研究》公眾號
