華南理工大學孫大文院士課題組 CEJ：具有自補水功能與高度纏結結構的水凝膠實現可持續的日間被動式制冷

近日，華南理工大學現代食品工程研究中心孫大文院士團隊在《Chemical Engineering Journal》上發表題為“Self-Rehydrating and Highly Entangled Hydrogel for Sustainable Daytime Passive Cooling”研究性論文（DOI：10.1016/j.cej.2023.147795），華南理工大學孫大文院士為本文唯一通訊作者，華南理工大學博士生徐亮為第一作者。

基于日間輻射制冷和蒸發制冷耦合效應的日間被動制冷技術可實現在太陽輻射下零能耗零排放的高效制冷，有望減少對傳統機械壓縮制冷的依賴，從而減輕能源消耗和溫室氣體排放。蒸發制冷過程需要消耗水分，結合吸濕劑可以讓日間輻射/蒸發制冷器在夜間高濕環境中收集水分，實現水分補充，以確保白天蒸發制冷的進行。然而，日間被動制冷與夜間補水之間的關系機制尚不清楚。此外，水凝膠作為日間輻射/蒸發制冷器，其較差的機械性能限制了實際應用。因此，本文旨在通過調控聚丙烯酰胺鏈濃度制備了具有高度纏結結構的水凝膠，利用二氧化鋯(ZrO2)粒子作為光譜調節劑，并加入了溴化鋰(LiBr)作為吸濕劑。研究結果表明，相比于空白組，高度纏結水凝膠的拉伸應力提高了18倍，壓縮應力提高了9倍，表現出堅韌且有彈性。另外，水凝膠的太陽反射率為0.90，大氣窗口發射率為0.88，實現了日間輻射制冷。此外，持續3天室外實驗證明了水凝膠可實現日間蒸發制冷和夜間補水的循環，從而實現可持續的日間被動式制冷。為此，希望本研究推動可持續日間被動制冷技術研究的發展。

圖1. 高度纏結水凝膠通過將白天制冷與夜間補水相適配實現可持續的日間被動制冷的示意圖。

圖2. 高度纏結水凝膠的機械特性表征。

圖3. 持續三天的室外實驗。

作者簡介

孫大文（Da-Wen Sun），男，廣東省潮州人，歐洲歷史上唯一的華僑華人 “六院院士” ，中國致公黨第十四/十五屆中央委員，中國僑聯特聘專家，國務院僑務辦公室專家咨詢委員會委員，全國政協特邀海外列席代表和海外列席組召集人（2012）。歐洲科學院（歐洲人文和自然科學院）（Academia Europaea）院士，愛爾蘭皇家科學院（Royal Irish Academy）院士，波蘭科學院（Polska Akademia Nauk）外籍院士，國際食品科學院（IAFoST）院士，國際農業與生物系統工程科學院（iAABE）院士，國際制冷科學院院士。施普林格國際著名期刊《食品與生物加工技術》（Food and Bioprocess Technology）創刊者和主編（2008年創刊即為SCI收錄，第二年進入SCI一區， 影響因子=5.8）、泰勒弗朗西斯集團《現代食品工程》 (Contemporary Food Engineering) 系列叢書創始主編、國際農業工程委員會（CIGR）主席（2013-2014）和榮譽主席、國際農業與生物系統工程科學院（iAABE）創院院長。現任華南理工大學教授，博導，現代食品工程研究中心主任；廣東省農產品智能冷鏈物流裝備工程實驗室主任、廣東省冷鏈食品智能感知與過程控制工程技術研究中心主任、廣東省現代食品工程國際科技合作基地主任、廣東省食品智能質控與過程技術裝備國際暨港澳臺合作創新平臺主任、廣東省現代農業（農產品無損檢測及精深加工）產業技術研發中心主任、廣東省農產品品質智能感知與精準控制現代農業科技創新中心主任、廣東省農產品保鮮物流共性關鍵技術研發創新團隊首席科學家、廣州市農產品智能感知與品質控制重點實驗室主任；愛爾蘭國立都柏林大學（UCD）食品和生物系統工程終身教授。

榮獲國際農業與生物系統工程委員會（CIGR）杰出獎，英國皇家機械工程師學會“食品工程師年度人物”，鳳凰衛視“影響世界華人大獎”，國際食品保護協會“冷凍食品基金會冷凍研究獎”，國際工程與食品協會終身成就獎，“CIGR榮譽主席”等多項國際大獎， 2015年至2023年連續九年榮獲科睿唯安全球“高被引科學家”稱號, 并位居美國斯坦福大學 “全球前2％科學家”排名中國食品科學與工程入選的三百多位學者名單的第一位。

在世界著名雜志和國際會議上共發表了1000多篇論文，其中，以通訊作者發表并被SCI收錄的期刊論文超過700篇，出版專著17部，Web of Science統計的學術h指數為119，SCOPUS統計的學術h指數為129，Google Scholar 統計的學術h指數為152。特別是在高光譜成像、計算機視覺、真空冷卻、超聲波輔助冷凍和CFD模擬等方面的論文已經成為其他研究者的經典參考文獻。71篇論文入選ESI農學“高被引論文”，全球排名第一位（2020.01）。

2011年底起回到華南理工大學工作以來，迄今為止（2023年07月）在Web of Science網站上可以檢索到的文章中，共有342篇是以華南理工大學食品科學與工程學院作為第一作者單位的論文，其中高被引論文50篇，JCR一區論文285篇，影響因子大于6的131篇。高被引論文數占華南理工大學全校和食品科學與工程學院的比例分別為11%和70%。其中2篇入選中國百篇最具影響國際學術論文，為華南理工大學唯一入選的兩篇論文。

主持國家“十二五”科技支撐計劃項目，國家“十三五”重點研發專項，國家國際科技合作專項，國家自然科學基金，東西部合作重大項目，廣東省科技廳，農業農村廳，教育廳等科技計劃項目，廣州市科技計劃項目，企業合作項目等四十多項。授權中國發明專利77件，美英日等發明專利10件，申請國際PCT專利9項。2019年至2022年連續四年每年培養科睿唯安全球“高被引科學家”2人。榮獲2014年度廣東省科學技術獎一等獎（排名第二），2016年度教育部科技進步獎二等獎（排名第一），2016年度廣東省科學技術獎三等獎（排名第一）, 2018年度中國輕工業聯合會科學技術進步獎一等獎（排名第二），2018年度廣東省科技進步獎一等獎（排名第一），2020年度安徽省科技進步獎二等獎（排名第三）。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147795

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