DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105695

被动日间辐射制冷（PDRC）是一种将太阳光和热量同时反射到寒冷的外部空间而无需消耗能量的制冷方式。传统的PDRC设计通常需要依赖于微纳结构，而这种结构很容易损坏和失效。一方面，需要提高PDRC的力学强度。另一方面，通过在同一膜故障部位集成自我监测特性，可以容易地区分修复或更换部位。使用传统传感器监测损伤会造成额外的能量损失。因此，迫切需要开发一种能够监测故障本身的智能PDRC。在此，研究者发现通过静电纺丝技术获得的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）纳米纤维膜可以有效地散射阳光，同时发射与大气窗口相匹配的红外线以实现有效散热。在制备过程中，静电场可有效极化PVDF-HFP，使其获得良好的压电性能，从而用于监测膜功能的完整性。同时，该膜还可以作为纳米发电机，用于收集环境中的机械能，例如雨滴作用于屋顶的能量，这样不仅可以减少冷却能的损失，还额外地收集了能量，从而实现了双重节能设计。其出色的自清洁和可循环利用特性为其绿色节能设计带来了更多的好处。因此，该智能PDRC为新型节能设计提供了思路。同时，简单的制备方法更有利于该技术的推广。

图1.双重节能PVDF-HFP纤维膜的形成和形态表征。（a）PVDF-HFP纤维膜的制备过程。（b）在静电纺丝过程中PVDF-HFP分子结构的变化。（c）PVDF-HFP膜的照片和代表性SEM图像。（d）膜中PVDF-HFP纤维的直径分布。

图2.PVDF-HFP膜的光学特性和被动日间辐射制冷性能。（a）冷却原理图。（b）标准化AM1.5全球太阳光谱和长波红外大气透射率。（c）PVDF-HFP膜的光谱反射率。（d）用于在阳光下测试性能的装置示意图。（e）测试地点的地形和气象信息。（f）青岛的温度数据结果。

图3.（a）用COMSOL模拟PVDF-HFP纤维膜对不同入射角度太阳光的反射率。（b）辐射膜的红外图像，膜上有一个凹陷的铝箔作为参考（暗区）。（c）比较COMSOL模拟的实验组和对照组的散热能力。（d）温度跟踪和（e）相应的冷却功率数据。补充材料S1中提供了其他信息。（f）不同状态下混凝土板的红外图像和相应的数字图像：<i，iv>置于阳光下1小时以获得热稳定性；<ii，v>覆盖涂层；<iii，ⅵ>1小时后除去该层。

图4.单电极智能PDRC的工作机理和输出性能。（a）单电极智能PDRC的工作机理。（b，c）在不同压力下的输出电流和电压。（d）输出电流和电压随不同外部负载电阻的变化。（e）输出功率对负载电阻的依赖性。（f）在破坏2个区域后模拟2×2 PDRC阵列，相应区域的散热效果也降低了。（g）通过比较损坏前后四个区域的电信号输出来实现自我监测功能。（h）散热器堵塞前后输出信号的变化。

图5.实时监测降雨及其物理特性。（a）智能PDRC收集雨滴机械能并实时监测雨量的示意图。（b）不同速度的雨滴落在屋顶上的输出电流。（c）对应于不同降雨的电容器充电电压。（d）PVDF-HFP膜的水接触角。（e）PVDF-HFP膜自清洁能力的照片和示意图。（f）厚度为130µm的PVDF-HFP膜的应力-应变曲线。插图显示了独立的PVDF-HFP膜，其宽度为10mm，厚度为130µm，可支撑锤子。

图6.废纤维膜的回收。