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中南大學陳梅潔副教授、閆紅杰教授團隊 Nano Lett.：太陽光-中紅外全波段動態(tài)熱輻射調(diào)控技術
2024-01-24  來源：高分子科技

  通過調(diào)控界面光譜輻射特性，在高太陽光吸收率和低中紅外熱發(fā)射率下，可實現(xiàn)有效太陽輻射加熱；反之，在高太陽反射率和中紅外熱發(fā)射率下，可實現(xiàn)有效被動式日間輻射冷卻。然而，由于外部環(huán)境的動態(tài)性，僅依靠單一的太陽輻射加熱或日間輻射冷卻模式，可能導致過熱或過冷，增加熱管理的能耗。因此，開發(fā)動態(tài)輻射調(diào)控技術可有效降低熱管理的能耗，提高熱舒適性。


圖1工作原理及理論分析示意圖


  近期，中南大學能源科學與工程學院陳梅潔副教授、閆紅杰教授團隊設計了一種多孔結構聚乙烯(PE)薄膜，通過其在干燥和濕潤狀態(tài)下切換，實現(xiàn)了太陽光-中紅外全波段熱輻射動態(tài)調(diào)控，用于動態(tài)熱管理（圖1）。當PE膜處于干燥狀態(tài)，多孔結構會導致其具有高太陽反射率（0.92），較薄厚度（100 μm）使其具有較高中紅外透過率（0.86），可實現(xiàn)非接觸式冷卻；當PE膜處于潤濕狀態(tài)，散射體與介電環(huán)境相似的折射率導致其具有較低太陽光反射率（0.32，即較高太陽光透過率），溶劑較高中紅外吸收導致其中紅外透過射低至0.05，即具有較高中紅外發(fā)射率，從而實現(xiàn)非接觸式加熱。因此，其太陽光波段動態(tài)調(diào)控范圍高達0.60，中紅外波段動態(tài)調(diào)控范圍可達0.81（圖2）。戶外室外實驗表明，由于其全波段動態(tài)調(diào)控的特點，PE薄膜在白天和夜間分別可實現(xiàn)13.3℃和3.5℃的溫度調(diào)控，在中國每年可節(jié)約建筑總能耗的1.3%-41.0%。 


圖2 PE薄膜的制備和表征


  該工作是團隊近期關于熱輻射調(diào)控的最新進展之一。在過去幾年中，團隊基于光譜輻射特性調(diào)控，厘清了微球-聚合物體系輻射制冷性能調(diào)控規(guī)律（Nano Letters, 2021 21(3), 1412–1418；Advanced Functional Materials, 2021, 31(19): 2010334），開發(fā)了耐候性超薄輻射制冷技術（Journal of Energy Chemistry. 2024, 90: 176-182）、透明輻射制冷玻璃（ACS Applied Materials & Interfaces. 2023, 15(3): 4122–4131）及可擴展與耐高溫的光-熱選擇性吸收涂層（Applied Physics Letters. 2023, 122(6): 063301；ACS Applied Energy Materials. 2023, 6(21): 10943–10950）。在此基礎上，分析總結了近年來的動態(tài)熱輻射調(diào)控現(xiàn)狀（Next Energy. 2023, 1(4): 100072），開發(fā)了基于溫度響應的雙層彩色輻射制冷涂層（Solar RRL, 2023: 2300512），實現(xiàn)了可見光波段輻射動態(tài)調(diào)控。


  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04996

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（責任編輯：xu）
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