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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-中紅外全波段動態熱輻射調控技術
2024-01-24  來源:高分子科技

  通過調控界面光譜輻射特性,在高太陽光吸收率和低中紅外熱發射率下,可實現有效太陽輻射加熱;反之,在高太陽反射率和中紅外熱發射率下,可實現有效被動式日間輻射冷卻。然而,由于外部環境的動態性,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,開發動態輻射調控技術可有效降低熱管理的能耗,提高熱舒適性。


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下切換,實現了太陽光-中紅外全波段熱輻射動態調控,用于動態熱管理(圖1)。當PE處于干燥狀態,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),可實現非接觸式冷卻;PE處于潤濕狀態,散射體與介電環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射率,從而實現非接觸式加熱。因此,其太陽光波段動態調控范圍高達0.60中紅外波段動態調控范圍可達0.81(圖2)。戶外室外實驗表明,由于其全波段動態調控的特點,PE薄膜在白天和夜間分別可實現13.3℃3.5℃的溫度調控在中國每年可節約建筑總能耗的1.3%-41.0% 


2 PE薄膜的制備和表征


  該工作是團隊近期關于熱輻射調控的最新進展之一。在過去幾年中,團隊基于光譜輻射特性調控,厘清了微球-聚合物體系輻射制冷性能調控規律(Nano Letters, 2021 21(3), 1412–1418Advanced Functional Materials, 2021, 31(19): 2010334),開發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): 063301ACS Applied Energy Materials. 2023, 6(21): 10943–10950)。在此基礎上,分析總結了近年來的動態熱輻射調控現狀(Next Energy. 2023, 1(4): 100072),開發了基于溫度響應的雙層彩色輻射制冷涂層(Solar RRL, 2023: 2300512),實現了可見光波段輻射動態調控。


  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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