來(lái)源 | Applied Materials & Interfaces

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背景介紹

隨著微電子器件技術(shù)、便攜式或可穿戴電子器件以及航空航天工程的發(fā)展，散熱已成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。特別是異型或柔性電子器件在外形和柔性上受到限制，許多傳統(tǒng)的散熱技術(shù)都不適用。因此，輻射冷卻作為一種節(jié)能的散熱技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。在過(guò)去的幾年中，各種RC薄膜被報(bào)道用于被動(dòng)日間輻射冷卻(PDRC)，其重點(diǎn)是有效地阻擋太陽(yáng)輻照并在大氣透射窗口(8 - 13 μm)內(nèi)強(qiáng)發(fā)射，如超表面光子晶體和多層和混合聚合物材料。PDRC薄膜在建筑制冷、光伏制冷、集水、發(fā)電、和個(gè)人熱管理等實(shí)際應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。關(guān)于PDRC薄膜用于冷卻電子器件的報(bào)道很少。著名的10°C規(guī)則指出，電子設(shè)備的可靠性與溫度密切相關(guān);當(dāng)溫度高于80℃時(shí)，每升高10℃，可靠性降低50%。因此，冷卻電子設(shè)備是極其重要的。對(duì)于這種應(yīng)用，調(diào)節(jié)所需溫度對(duì)應(yīng)的輻射冷卻膜的輻射波長(zhǎng)區(qū)域(發(fā)射率)，使其在特定的工作溫度范圍內(nèi)達(dá)到自熱和換熱的平衡溫度是一種有效的策略。同時(shí)，復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)和精細(xì)的微納米結(jié)構(gòu)限制大面積生產(chǎn)，增加成本或延長(zhǎng)加工時(shí)間。因此，在較寬的熱輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)，很難實(shí)現(xiàn)可控的寬帶紅外輻射。

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成果掠影

近期，北京航空航天大學(xué)王聰教授和孫瑩教授聯(lián)合開(kāi)發(fā)制備了在中紅外3.5 ~ 20 mm范圍內(nèi)超寬帶紅外輻射特性可調(diào)的柔性雙層膜，且相應(yīng)的輻射峰均具有較高的平均發(fā)射率。本文通過(guò)阻抗匹配設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的TiN/Si雙層薄膜，該薄膜的熱輻射波長(zhǎng)為3.5 ~ 20μm，具有可控的寬帶輻射峰。同時(shí)，在不同溫度下應(yīng)用于鋁器件的不同雙層膜表現(xiàn)出出色的散熱效率，并保持相應(yīng)的平衡溫度，確保器件長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。此外，沉積在柔性PI襯底上的雙層膜比沉積在PDMS, PE, PMMA或TPX等上的現(xiàn)有輻射冷卻材料具有更好的熱穩(wěn)定性和更高的拉伸強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)柔性電子器件和航天器的高效輻射冷卻提供了有效的策略。研究成果以“Efficient Strategy for Radiative Cooling Based on Ultra-Broad-Band Infrared Regulation of Flexible Bilayer Film”為題發(fā)表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。

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圖文導(dǎo)讀

圖1. (a、b)衛(wèi)星內(nèi)部的發(fā)熱裝置和室內(nèi)計(jì)算機(jī)工作站用雙層薄膜覆蓋，(c)不同工作溫度下的器件被具有不同輻射峰。

圖2. 雙層膜的制備過(guò)程示意圖。

圖3. 復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。

圖4. 復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)表征。

圖5. 雙層膜沉積在基底上的結(jié)構(gòu)圖和柔韌性以及光譜。

圖6. 在不同加熱溫度下雙層膜的實(shí)際輻射冷卻性能。

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