來(lái)源 | Journal of Energy Chemistry

01

背景介紹

隨著溫室效應(yīng)的加劇，全球平均溫度逐年上升，使得人們對(duì)制冷的需求不斷增加。傳統(tǒng)的基于壓縮式的制冷方式（如：空調(diào)）往往是將熱量從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到室外，并且需要消耗大量的能源，加劇了全球氣候變暖。因此，在當(dāng)今“雙碳”政策的背景下，如何有效降低生產(chǎn)生活中制冷所需的能耗已成為當(dāng)下的熱門(mén)研究方向，而輻射制冷技術(shù)作為一種零能耗、綠色環(huán)保的新型制冷技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源以及保護(hù)環(huán)境的作用。然而在一些輻射制冷技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)景中，如：將輻射制冷涂料涂在建筑物、通信基站等外表面實(shí)現(xiàn)日間被動(dòng)式制冷，這實(shí)現(xiàn)了很好的節(jié)能效果，但較厚的涂層，不僅會(huì)增加材料成本，而且會(huì)增加傳熱熱阻，對(duì)散熱產(chǎn)生影響；此外，由于涂層長(zhǎng)期暴露在室外，需要考慮其使用壽命，對(duì)戶外不同氣象參數(shù)下（如：下雨、灰塵等）具有較好的耐候性，從而保證其性能。對(duì)于日間輻射制冷涂層，其關(guān)鍵在于如何在有限厚度下實(shí)現(xiàn)較高的太陽(yáng)光反射和中紅外發(fā)射率，并具有良好的耐候性。

02

成果掠影

近期，中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院陳梅潔副教授、閆紅杰教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種超薄、可擴(kuò)展的耐候日間輻射制冷涂層。在該研究中，所設(shè)計(jì)的輻射制冷涂層在紫外線照射模擬、泥土污染模擬以及灰塵污染模擬實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐候性，在150 μm厚度下，涂層能夠?qū)崿F(xiàn)0.963的太陽(yáng)光波段平均反射率和0.927的中紅外波段平均發(fā)射率，表現(xiàn)出優(yōu)異的制冷性能；最后通過(guò)拓展到3D結(jié)構(gòu)上，耦合對(duì)流換熱過(guò)程，極大提升了涂層散熱性能，表明所設(shè)計(jì)的輻射制冷涂層在實(shí)際制冷與散熱應(yīng)用中的可行性。研究成果以“Thin paints for durable and scalable radiative cooling”為題發(fā)表于《Journal of Energy Chemistry》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1 hBN散射體的模擬光學(xué)特性: （a） 不同形狀散射體的后向散射系數(shù):球形hBN（紅色）和片狀hBN（藍(lán)色）；（b）垂直入射方向（紅色）和平行入射方向（藍(lán)色）下片狀hBN的后向散射系數(shù)；（c）折射率分別為1.0、1.5和2.0的不同介質(zhì)環(huán)境下hBN板的后向散射系數(shù)；（d）直徑分別為150 nm、200 nm、400 nm和600 nm的hBN板的后向散射系數(shù)。

圖2 涂層特性：（a）制備示意圖；（b）改性前后片狀hBN在水中的分散情況；（c）涂層的光學(xué)圖像及154°接觸角示意圖；（d）涂層的SEM圖像，插圖為至少100個(gè)顆粒的散射直徑分布；（e）厚度為150 μm的涂層的光譜反射率。

圖3 所設(shè)計(jì)的輻射制冷涂層：（a）不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑PFOTS的光譜反射率、（b）接觸角和滑移角；（c）溶劑IPA不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的光譜反射率、（d）接觸角和滑移角，圖中（a）至（d）的厚度為100 μm；(e) 透明丙烯酸基板在不同厚度(50 μm、100 μm和150 μm)下的光譜反射率、（f）太陽(yáng)反射率和熱發(fā)射率。

圖4 耐候性測(cè)試：（a）經(jīng)紫外光燈照射10天前后設(shè)計(jì)的薄的耐候性涂層和參照涂層的光譜反射率；（b）在灰塵污染下，用風(fēng)和水對(duì)設(shè)計(jì)涂層進(jìn)行簡(jiǎn)單清洗；（c）泥土污染測(cè)試下的設(shè)計(jì)（上圖）和參考涂層（下圖）的光學(xué)圖像。

圖5 戶外冷卻和散熱性能測(cè)試：（a）戶外冷卻實(shí)驗(yàn)裝置原理圖和（b）光學(xué)圖；（c）環(huán)境溫度以下和環(huán)境溫度以上實(shí)驗(yàn)的樣品設(shè)置示意圖；（d）環(huán)境溫度以下實(shí)驗(yàn)樣品及環(huán)境溫度變化和實(shí)驗(yàn)時(shí)間段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；（e）環(huán)境溫度以上實(shí)驗(yàn)樣品及環(huán)境溫度變化和實(shí)驗(yàn)時(shí)間段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；（d）在1D和3D基底上實(shí)驗(yàn)樣品及環(huán)境溫度變化和實(shí)驗(yàn)時(shí)間段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。

END

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