能源的合理利用和转换是实现碳中和目标的主要手段。 MXene 可用于光热转换，但其不透明的外观限制了更广泛的应用。在此，我们通过将MXene与聚乙烯溶液共混，然后真空压制，成功开发出可见光透明且吸收紫外线的聚合物复合薄膜。所得薄膜在400mWcm−2光照射下可快速加热至65℃，并保持85％以上的可见光透过率和低雾度（<12％）。室内隔热测试结果表明，覆盖该薄膜的玻璃房模型温度比未覆盖模型低6-7℃，揭示了透明薄膜在节能应用中的潜力。为了模拟建筑在各种气候下的节能状况，利用EnergyPlus建筑能耗软件创建了以该薄膜为窗外层的典型建筑模型。据预测，它们每年可减少31-61 MJ m−2 的制冷能耗，占此类结构制冷总能耗的3%-12%。这项工作意味着该薄膜在能源相关应用中作为透明器件具有广泛的潜力。
 
图1. a MXene@BZT/UHMWPE薄膜的制备过程示意图。 b 含有 2 wt.% BZT 和不同 MXene 含量的复合薄膜的 DSC 和 c 1D-WAXD 曲线。不同含量复合薄膜的d TGA和e DTG曲线。 f 复合薄膜受压前后的应力-应变曲线和g相应的计算结果，其中U-PE-1和U-PE-2分别代表受压前后的UHMWPE薄膜。误差线代表测量值的标准偏差。
   
图2. a 复合薄膜的光学图像和 b 薄片尺寸分布。 c 0.5M2B薄膜表面和横截面的SEM和EDS。 d 不同含量复合薄膜的FTIR光谱。
  
图3. a、b 不同MXene含量的复合薄膜压制前(a)和压制后(b)的紫外-可见透射光谱。 c 不同MXene和BZT含量的复合薄膜压制前后的雾度。实线和虚线分别对应于压制之前和压制之后的UHMWPE薄膜。 d 复合薄膜在不同配置下压制前（上）和压制后（下）的光学照片和 SEM 图像。 e 聚乙烯产品的雾度和透光率概述。用于比较的数据是从文献中获得的。
 
图4. a、b 不同MXene含量的UHMWPE薄膜在400mW cm−2 (a)和100mW cm−2 (b)光照射下的温度-时间曲线。 (a) 右侧的插图显示了相应的红外热图像。 c 不同BZT含量的UHMWPE薄膜在400mWcm−2辐照下的温度-时间曲线。 d 不同光强下平衡温度的实验数据和线性拟合结果。 e, f 不同MXene含量的UHMWPE薄膜在100mW cm−2 (e)和400mW cm−2 (f)辐照下的循环升温曲线。
 
图5. a UHMWPE复合膜的光热转换示意图。 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（顶部）的吸收光谱。 d 手腕和贴在手腕上的 0.5M2B 薄膜在 100mWcm−2 照射 1 分钟后的红外热图像。
 
6. a, b 图（a）和数字照片（b）显示了户外冷却性能测量系统。c 中国郑州的户外太阳照明测量（顶部）、相对湿度（中部）和温度（底部）。d 不同尺寸的0.5M2B薄膜的冷却特性。
 
图7. a 根据美国亚利桑那州凤凰城（北纬 33.45°，西经 111.98°）的天气数据，使用四种类型窗户的建筑模型的年度冷却能耗。 b 使用这四种窗户的建筑模型每月额外节省的冷却能源。 c 根据 12 个城市的天气数据，使用 0.5M2B 薄膜的建筑模型的年度冷却节能和百分比。
 
        相关科研成果由中国科学院北京纳米能源与系统研究所Caofeng Pan等人于2024年发表在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
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47432-z

转自《石墨烯研究》公众号