实现高达16.0°C的冷却效果，一种新型可回收与生物降解的生物基气凝胶材料

Charlotte Allard教授就四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室王玉忠院士团队赵海波教授的《Science》文章“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”发表评论文章。评论称研究团队开发了一种基于生物质的气凝胶材料，用于被动辐射制冷。该气凝胶具有高太阳能反射率和中红外发射率，能在阳光下实现低于环境温度达 16.0 °C 的冷却效果，且具有可回收和可生物降解的可持续性优势。气凝胶在中红外范围的发射率为 90%，在可见光区域的光反射率超过 100%，在自然土壤中 45 天内的生物降解率达到 85.5%。评论文章以“A biomass-derived material for passive radiative cooling”为题发表在《Nature Reviews Materials》。

研究背景

辐射制冷技术是一种无需外部能量输入即可实现表面冷却的技术，它通常涉及设计材料以反射阳光同时高效辐射热量。 然而，现有材料在反射阳光的同时也会吸收部分阳光，从而降低了冷却效率。为了解决这一问题，研究者们尝试了多种方法：a，包括添加无机散射或荧光粒子以提高效率，但这些方法存在稳定性和兼容性问题；b，设计有序多孔结构虽然有潜力，但在规模化生产上存在挑战。此外，目前大多数被动辐射冷却材料的可持续性较差，这限制了它们在应对气候和能源挑战方面的吸引力。为解决这些问题，需要开发既能提高冷却效率，又具有可持续性的材料。

本文亮点

亮点一：从自然中汲取灵感：生物质衍生的辐射制冷材料

研究团队从丰富的生物质原料中提取了明胶和DNA，通过交联形成凝胶，再经过双向模具冷冻和冷冻干燥过程，制备出具有各向异性孔结构的气凝胶砖。这些气凝胶砖可以通过“水焊接”技术连接成更大的气凝胶板材，展示了材料的可修复性和可塑性。

亮点二：可持续的未来：可回收与生物降解的辐射制冷材料

与传统辐射制冷材料相比，这种新型气凝胶提供了可持续的生命周期选择。通过加热气凝胶可以将其分解成去聚合溶液，随后重新凝胶化和冷冻干燥，实现材料的循环利用。此外，该气凝胶在自然环境中具有良好的生物降解性，45天内降解率达到85.5%，为环境保护提供了新的思路。

图文解析

图1.本征光致发光生物质气凝胶板示意图

一种本征光致发光生物质气凝胶，其可见光反射率超过 100%，可产生巨大的冷却效果；通过荧光和磷光，DNA 和明胶（GE）聚集成的有序层状气凝胶在可见光区域的太阳加权反射率达到 104.0%。

图2.明胶(GE)-DNA气凝胶的结构和形态

用水焊接方法制备了大规模、长程各向异性生物质气凝胶。通过双向冷冻干燥过程制备基础层状气凝胶砖，并通过水焊接沿层方向扩展成具有长程有序结构的气凝胶板。整个过程没有有毒试剂和能源密集型加热过程，该工艺为各向异性生物质气凝胶的合成提供了可持续、可扩展和环保的途径。通过用x射线光电子能谱证明了明胶（GE）和DNA之间的强动态交联离子氢键是促进大规模水焊接制备的关键。    

图3.GE-DNA气凝胶的可修复性、可回收性和生物降解性

通过用剃须刀切割GE-DNA气凝胶，把切割的气凝胶一面用水湿润与另一干燥面接触，30s内两个部件集成为一个单元。愈合之后的气凝胶结构与原样品非常相似，且在10分钟后模量恢复到原始值的90%，证明GE-DNA气凝胶具有高效的可修复性。通过对废弃气凝胶进行回收利用和温和条件下的可控降解，发现回收后的气凝胶层状结构与回收前的气凝胶相似，且恢复后的气凝胶模量恢复到原来的99%，热导率与初始率相当；对气凝胶进行22天的降解过程监测，发现气凝胶最终生物降解成二氧化碳和水并且确定了其有85.5%的生物降解率。这些实验证明了GE-DNA气凝胶具有可持续使用性和环保性。

全文总结

1. 高效辐射制冷性能

新型气凝胶通过其层状结构反射了大部分可见光和近红外光，这是太阳能的主要组成部分。更重要的是，气凝胶还能吸收紫外线光，并通过光致发光将其转化为可见光和近红外光，从而管理并反射更多的太阳能量，提高了材料的冷却性能。这种高反射率与光致发光的双重作用是材料性能的关键。文章中提到，气凝胶在阳光条件下可实现高达16.0°C的冷却效果，这得益于其高反射率和光致发光特性。

2.可持续性和实用性

研究团队不仅关注材料的冷却性能，还重视其可持续性和实用性。气凝胶的可回收性和生物降解性使其成为一种环境友好的解决方案。此外，研究团队计划计划制造建筑规模的样品进行实地测试，并探索光致发光在辐射制冷中的更多应用，如夜间与日间的冷却效果。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41578-024-00710-0(来源：蓝胖子i纺织、NTMT纺织新材料)

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生物基材料成为品牌和资本眼中的新晋"网红"

“可持续时尚”蔚然成风，让生物基材料成了各大时尚品牌争相追逐的高地。国际大牌在“可持续时尚”领域百花齐放，国产品牌亦在这条道路上不遑多让，越来越多国内的时尚企业展开了与生物基材料领域企业的合作。如今，站在双碳的战略高度上，生物基逐渐站上了明星风口，成为了实现碳中和目标的不二之选。

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Nike推出全新系列Nike Forward，由70%的回收成分组成，还减少75%的碳排放；

ZARA推出由Circulose材料制成的胶囊系列，由100%纺织废料制成，可生物降解；

Arc‘teryx推出首款自研系列山路徒步鞋，它具有由50%生物基含量的PU化合物制成的袜子衬里和含25%生物基含量的开孔泡沫顶层；

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在资本市场，生物基材料初创企业，仍表现出巨大的潜力，受众多资本的青睐。

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