中南大学陈梅洁副教授、闫红杰教授团队 Nano Lett.：太阳光-中红外全波段动态热辐射调控技术

2024-01-24 来源：高分子科技

通过调控界面光谱辐射特性，在高太阳光吸收率和低中红外热发射率下，可实现有效太阳辐射加热；反之，在高太阳反射率和中红外热发射率下，可实现有效被动式日间辐射冷却。然而，由于外部环境的动态性，仅依靠单一的太阳辐射加热或日间辐射冷却模式，可能导致过热或过冷，增加热管理的能耗。因此，开发动态辐射调控技术可有效降低热管理的能耗，提高热舒适性。

图1工作原理及理论分析示意图

近期，中南大学能源科学与工程学院陈梅洁副教授、闫红杰教授团队设计了一种多孔结构聚乙烯(PE)薄膜，通过其在干燥和湿润状态下切换，实现了太阳光-中红外全波段热辐射动态调控，用于动态热管理（图1）。当PE膜处于干燥状态，多孔结构会导致其具有高太阳反射率（0.92），较薄厚度（100 μm）使其具有较高中红外透过率（0.86），可实现非接触式冷却；当PE膜处于润湿状态，散射体与介电环境相似的折射率导致其具有较低太阳光反射率（0.32，即较高太阳光透过率），溶剂较高中红外吸收导致其中红外透过射低至0.05，即具有较高中红外发射率，从而实现非接触式加热。因此，其太阳光波段动态调控范围高达0.60，中红外波段动态调控范围可达0.81（图2）。户外室外实验表明，由于其全波段动态调控的特点，PE薄膜在白天和夜间分别可实现13.3℃和3.5℃的温度调控，在中国每年可节约建筑总能耗的1.3%-41.0%。

图2 PE薄膜的制备和表征

该工作是团队近期关于热辐射调控的最新进展之一。在过去几年中，团队基于光谱辐射特性调控，厘清了微球-聚合物体系辐射制冷性能调控规律（Nano Letters, 2021 21(3), 1412–1418；Advanced Functional Materials, 2021, 31(19): 2010334），开发了耐候性超薄辐射制冷技术（Journal of Energy Chemistry. 2024, 90: 176-182）、透明辐射制冷玻璃（ACS Applied Materials & Interfaces. 2023, 15(3): 4122–4131）及可扩展与耐高温的光-热选择性吸收涂层（Applied Physics Letters. 2023, 122(6): 063301；ACS Applied Energy Materials. 2023, 6(21): 10943–10950）。在此基础上，分析总结了近年来的动态热辐射调控现状（Next Energy. 2023, 1(4): 100072），开发了基于温度响应的双层彩色辐射制冷涂层（Solar RRL, 2023: 2300512），实现了可见光波段辐射动态调控。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04996

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（责任编辑：xu）

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