爽到喷水(h),性一交一乱一交一久怎么形容,肉体奉公hd中文字幕

南京大學兩大「國家杰青」團隊，最新Nature Sustainability！一張膜，跨學科解決“水-糧食-能源”危機！

成果介紹

通過植物光合作用封存大氣中的二氧化碳有助于減緩氣候變化，同時提供其他生態效益。然而，高溫和干旱脅迫會限制植物生長，從而限制植被的緩解潛力，特別是在干旱地區。

南京大學朱斌副教授、張永光教授、朱嘉教授等人提出了一種具有有效光合作用的輻射冷卻膜，可以降低環境空氣溫度，最大限度地減少水分蒸發，增加旱地植物的光合作用。該薄膜包括夾在聚二甲基硅氧烷和防霧聚丙烯酰胺水凝膠層之間的光子晶體層。聚二甲基硅氧烷層具有較高的中紅外發射率(波長在2.5-20 μm范圍內為92%)，可以實現最大的輻射冷卻；光子晶體可以選擇性地透射光合活性陽光(波長在0.4-0.5 μm范圍內為71%，波長在0.6-0.7 μm范圍內為77%)，促進光合作用；聚丙烯酰胺層可以防止遮陽效應，從而支持植物生長。

田間試驗結果表明，覆膜可降低氣溫1.9~4.6℃，降低水分蒸發2.1~31.9%，使植物生物量產量提高20~370%。根據評估，在全球范圍內，與不使用薄膜的情況相比，在旱地植物上應用薄膜可導致碳匯增加約40%(2.26±1.43 PgC yr^-1)。這項工作強調了下一代技術的發展，這些技術可以解決氣候變化的水-糧食-能源關系。

相關工作以《A photosynthetically active radiative cooling film》為題在《Nature Sustainability》上發表論文。

圖文導讀

圖1 PRCF的設計和表征

作者進行了建模研究，以確定有效支持旱地植物生長的最佳方法(圖1b)。結果表明，蒸散發引起的氣溫變化率和耗水量在很大程度上取決于凈輻射能輸入。光合作用的基本過程使用非常特定的太陽光譜范圍(主要是0.4-0.5和0.6-0.7 μm)。因此，輻射能量管理顯然是控制涼爽潮濕環境以支持干旱地區植物生長的關鍵。輻射冷卻是一種被動的冷卻過程，在不需要任何外部能源消耗的情況下，反射入射太陽光(0.3~2.5 μm)，將紅外熱能(2.5~20 μm)發射到周圍環境和外太空，在過去的十年中為一系列研究提供了很大的靈感。然而，為了最大限度地提高冷卻性能，大多數傳統設計反射幾乎所有入射陽光(0.3-2.5 μm)，從而禁止植物光合作用(需要光合有效輻射)。

因此，在實現光合作用的同時，將增溫效應降至最低的光合輻射冷卻材料應允許光合作用所需的太陽光透過(0.4-0.5和0.6-0.7 μm)，反射剩余的太陽光(~70%，如圖1c、d所示)，并在中紅外波長(2.5-20 μm)表現出高發射率，將熱流傳遞給周圍環境和外層空間。為了防止植物和土壤的蒸發蒸騰作用產生的水汽凝結產生遮陽效應(10-25%的光學損失)，也需要防霧能力，這影響了光合作用所需的透光性。

在此背景下，作者開發了一種光合活性輻射冷卻膜(PRCF)，用于冷卻環境空氣溫度，減少水分蒸發，從而在不消耗能量的情況下增強炎熱干旱環境下的植物光合作用。該薄膜由三明治結構組成，在有效發射中紅外波長范圍內的熱能的同時，可以傳輸植物生長所需的有效太陽光成分。PRCF具有夾層結構，包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)輻射層，層在襯底上的一維(1D)光子晶體和聚丙烯酰胺(PAM)水凝膠，以實現高選擇性光學光譜管理和防霧能力(圖1e)。

本文采用80 nm SiO₂/110 nm TiO₂/140 nm SiO₂/8 nm Al₂O₃/17 nm Ag/8 nm Al₂O₃/188 nm TiO₂/65 nm SiO₂/85 nm TiO₂的九層結構對一維光子晶體進行優化，可以選擇性地透射波長為0.4~0.5 μm和0.6~0.7 μm的太陽光，同時反射剩余的太陽光(圖1f、g)。最后，底部的PAM水凝膠層在0.3~1.0 μm(>0.99)波長范圍內具有較高的透明度，通過控制穩定的薄膜凝結，使水蒸氣在PRCF上的凝結不會阻擋波長為0.4~0.5和0.6~0.7 μm的太陽光的透射，從而起到防霧作用(圖1h)。

圖2 冷卻與節水性能

然后，通過室外溫度操縱實驗評估了PRCF的被動冷卻和節水效果。采用聚氯乙烯(PVC)制成的傳統溫室薄膜、紫外-近紅外(UV-NIR)濾光片(冷卻植物的一種很有前途的候選材料，但尚未大規模應用)和沒有任何覆蓋物的外殼作為對照(圖2a)。PVC薄膜在太陽光的整個波長范圍內具有0.87的高透明度，而UV-NIR濾光片通過反射或吸收的方式透射太陽光的整個可見波長范圍(0.38-0.78 μm)(圖2b)。PVC膜和UV-NIR濾光片的中紅外發射率均低于PRCF。

接下來，根據圖2b所示的光譜進行輻射能量分析。結果表明，PRCF具有最低的總陽光輸入(包括透射和吸收)。值得注意的是，如圖2c中的白線所示(測量400-500 nm和600-700 nm光的透射)，PRCF傳輸的植物光合作用有效的陽光水平與兩個對照組相似(PRCF、UV- NIR濾光片和PVC膜分別為210、176和245 W m^-2)，同時大大減少了其他波長的陽光輸入。PRCF、UV-NIR濾光片和PVC膜對應的比值分別為1.14、2.58和2.77，驗證了PRCF設計用于光合作用有效太陽光波長的光學選擇。

此外，PRCF具有較高的中紅外發射率，有助于增加輻射輸出(圖2d)。因此，與UV-NIR濾光片和PVC膜相比，PRCF在覆蓋材料平面上的輻射熱負荷分別減少了220和543 W m^-2(圖2e)。因此，預計PRCF將實現最有效的冷卻和節水效果。

三個對照組的結果與能量分析的預期一致(圖2f)。PRCF產生的最低氣溫為35.4℃，比UV-NIR濾光片、PVC膜和無覆蓋物情景分別低2.4℃、4.6℃和1.9℃。對不同覆蓋條件下土壤溫度的分析表明，PRCF的土壤溫度最低(圖2g)。因此，與UV-NIR過濾器、PVC膜和無覆蓋物相比，PRCF分別減緩了土壤水分蒸發2.1%、16.8%和31.9%(圖2h)。

圖3 植物栽培試驗

在驗證了PRCF優異的制冷和節水性能后，評價其在室外植物栽培中的應用是非常重要的。因此，作者設計了三個具有不同覆蓋物的米尺度室，即PRCF(圖3a)， UV-NIR濾光片和PVC膜，并將結果與露天栽培的植物作為對照進行比較。圖3b顯示了生菜在PRCF、UV-NIR過濾器、PVC薄膜和露天環境下生長的生理狀態。在高溫和蒸散作用下，露天和PVC膜和UV-NIR濾膜下生長的生菜無法存活。相比之下，PRCF優異的冷卻和節水性能可以防止生菜枯萎。鮮重試驗(圖3c)顯示，在PRCF下獲得的生物量產量是其他三種條件下的兩倍以上。

同樣，由于鮮重(圖3e)、干重和最終豆莢產量(圖3f)的支持，大豆植株在PRCF下表現出相當大的生長(圖3d)。

此外，PRCF下大豆植株的光合速率(光能利用效率)達到10.9 μmol CO2 m^-2 s^-1(3.3%)，分別是UV-NIR濾光器、PVC膜和無覆蓋物下的1.5倍(2.1倍)、1.6倍(2.1倍)和1.7倍(5.8倍)(圖3g)。在較溫和的溫度和水分條件下，植物的光能利用效率和光合速率較高。上述結果表明，由于PRCF具有優異的冷卻和節水能力，它可以在干熱條件下提高植物產量，包括蔬菜和食品。

圖4 應用PRCF對全球旱地影響的計算

作者從理論上評價了典型旱地和裸地(地表面積分別為~39和~69 Mha)地溫、蒸散量和葉面積指數的變化；圖4a)。與未經處理的基線情景相比，PRCF使旱地的平均地面溫度降低5.6°C，使裸地的平均地面溫度降低3.1°C。由于溫度降低，裸地的蒸散量減少了12%。在旱地，這種影響幾乎不明顯(0.3%)，這可以歸因于溫度下降和植被覆蓋增加導致的蒸騰增加之間的權衡。

PRCF增強旱地和裸地碳固存的潛力分別如圖4b和c所示。紅黃圖顯示，PRCF能夠增加旱地(284.65±42.33 gC m^-2 yr^-1，基線:247.92±58.55 gC m^-2 yr^-1)和裸地(25.37±12.12 gC m^-2 yr^-1，基線:87.63±38.56 gC m^-2 yr^-1)的凈生態系統生產力，從而使旱地和裸地的碳庫分別增加115%和29%。此外，作者利用PRCF計算了全球旱地和裸地的凈生態系統生產力(圖4d)。可以估計，與基線相比，PRCF使全球大多數旱地和裸地植物的凈生態系統生產力分別增加了39%和67%。

文獻信息

A photosynthetically active radiative cooling film，Nature Sustainability，2024.?https://www.nature.com/articles/s41893-024-01350-6

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/27/a598d2c533/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

南京大學兩大「國家杰青」團隊，最新Nature Sustainability！一張膜，跨學科解決“水-糧食-能源”危機！

相關推薦