聚合物光热转化膜的界面传热调控及太阳能蒸发性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21704029
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0503.有机功能材料化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In a solar heating process, light-to-heat conversion (photothermal) materials are used to effectively absorb solar irradiation and convert it into heat, and the generated heat is then transferred through the interface between the photothermal materials and the local environment, realizing the heating purpose. Therefore, optimizing the interfacial properties of the photothermal materials and promoting the heat transfer from the photothermal materials through their interfaces are of great importance to enhance the heating capability of the photothermal materials. In this proposal, we are planning to study the influence of the surface (or interfacial) properties of the photothermal materials on the heat transfer as well as its heating capability based on polymeric photothermal films. By controlling the polymerization condition and using post surface modification based on layer-by-layer assembly and silane chemistry, the surface roughness and the chemistry of the photothermal films can be systematically adjusted, which facilitates the study of interfacial properties on the heating capability of the photothermal materials. By employing quartz crystal microbalance (QCM) and infrared thermal imaging technique, we can readily evaluate the interfacial heating of the film form of the photothermal polymeric material with different surface structure and chemistry. Furthermore, we will rationally design the surface properties of the polymeric photothermal membranes based on the optimization, which is critical for the enhancement of solar-driven evaporation. We believe that the current study will offer a great opportunity for the rational design and fabrication of highly efficient photothermal materials for practical applications.
光热转化材料吸收太阳光能并将其转化为热能,所产生的热量通过材料界面向周围环境传导从而实现太阳能加热的目的。优化光热材料的界面性质和促进热量在界面间传导是提高材料光热加热性能的关键。本项目以聚合物光热转化膜为研究对象,围绕光热转化膜材料的表面性质对加热性能的影响开展工作。控制聚合反应条件来调控聚合物光热膜的表面结构,结合聚电解质层层组装技术及表面硅烷修饰等方法调控其表面化学组成。在此基础上,系统研究材料表面性质对光热加热性能的影响。利用石英晶体微天平、红外热成像等方法研究光热膜界面性质对界面热传导及光加热性能的影响规律;优化光热膜材料表面组成与结构,从而实现提高太阳能界面加热蒸发性能的目的。本项目的顺利实施将为设计制备高效光热转化材料、促进光热材料的应用打下基础。

结项摘要

光热转化材料吸收光能并将其转化为热能,所产生的热量通过材料界面向周围环境传导从而实现加热的目的。光热转化材料在能源、环境以及生物医用领域具有重要应用。优化光热材料的界面性质、促进热量在界面间传导是提高材料光热加热性能的关键。本项目以聚合物光热转化膜为研究对象,围绕光热转化膜材料的表面性质对加热性能的影响开展工作。发展了溶液氧化聚合及表面化学修饰制备界面性质可调的聚合物光热转化膜的方法;以聚合物光热膜为平台,采用红外热成像在线表征光热材料界面热导和太阳光界面加热蒸汽转化性能测试的方式,揭示了光热材料界面性质对光热转化膜加热性能的影响规律;以静电纺丝膜为基底,通过改变电纺丝时间的调控膜厚度,通过溶剂退火等方式调控其孔隙率、传输性质、界面热导等参数,构筑了双层结构光热转化膜,实现高效太阳能蒸汽转化;在此基础上,利用吡咯溶液氧化聚合沉积的特点,以三维结构的谷莠子草为基底,制备得到具有三维开放结构的聚合物光热复合材料。三维开放结构的光热蒸发器可有效降低热传导能量损失、提高气液交换效率,同时也可充分利用环境热量。利用该三维结构光热复合材料,在模拟太阳光下照射下,水蒸发速率可大幅提高至3.72kg/m2h;结合光催化、抗菌材料,获得兼具抗菌、污染物降解以及光热功能的复合光热蒸汽转化膜,实现了同步淡水生产和污水净化;将光热复合膜拓展到生物医用材料领域,利用光热水凝胶膜实现了伤口的快速愈合。研究成果为设计制备高效光热转化材料、促进光热材料的应用奠定基础。发表8篇SCI论文,出版英文专著1部,发表6篇国际国内会议论文(含墙报和口头报告)。申请中国发明专利3项。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(3)
BiVO4 and reduced graphene oxide composite hydrogels for solar-driven steam generation and decontamination of polluted water
BiVO4 和还原氧化石墨烯复合水凝胶用于太阳能驱动蒸汽产生和污水净化
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2020.110952
  • 发表时间:
    2021-01-04
  • 期刊:
    SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Noureen, Laila;Xie, Zhanjun;Zhu, Jintao
  • 通讯作者:
    Zhu, Jintao
Self-adhesive photothermal hydrogel films for solar-light assisted wound healing
用于太阳光辅助伤口愈合的自粘光热水凝胶薄膜
  • DOI:
    10.1039/c9tb00481e
  • 发表时间:
    2019-06-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Gao, Yujie;Du, Hongyao;Zhu, Jintao
  • 通讯作者:
    Zhu, Jintao
Gelatin-based Photonic Hydrogels for Vsual Detection of Pathogenic Pseudomonas aeruginosa
用于致病性铜绿假单胞菌视觉检测的明胶光子水凝胶
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Sensors Actuat. B: Chem.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gao Yujie;Chen Yu;Li Miaomiao;Jia Lizhen;Zhang Lianbin;Zhu Jintao
  • 通讯作者:
    Zhu Jintao
Fluorescent Metallosupramolecular Elastomers for Fast and Ultrasensitive Humidity Sensing
用于快速、超灵敏湿度传感的荧光金属超分子弹性体
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c11278
  • 发表时间:
    2020-09-02
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Miaomiao;Lyu, Quanqian;Zhu, Jintao
  • 通讯作者:
    Zhu, Jintao
Moist-Induced Electricity Generation by Electrospun Cellulose Acetate Membranes with Optimized Porous Structures
具有优化多孔结构的静电纺丝醋酸纤维素膜湿诱导发电
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c17931
  • 发表时间:
    2020-12-23
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Lyu, Quanqian;Peng, Bolun;Zhu, Jintao
  • 通讯作者:
    Zhu, Jintao

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剪切诱导的长程有序超分子聚合物复合光子晶体的构筑及有序机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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