來源 | Nature Communications

00

背景介紹

在過去的十年里，白天輻射冷卻(RC)取得了巨大的發(fā)展，它在陽光下實現(xiàn)了亞環(huán)境冷卻，而不消耗任何能源和排放溫室氣體。因此，它是傳統(tǒng)的能源密集型冷卻系統(tǒng)的一個有前途和可持續(xù)的替代方案。日間RC材料的亞環(huán)境冷卻能力源于其通過大氣透明窗口向寒冷的外層空間發(fā)射熱量(作為熱發(fā)射器)的能力，同時拒絕太陽輻射(具有高太陽反射率)。各種高效的熱輻射體已經(jīng)被開發(fā)出來，作為建筑和個人熱管理的日間RC材料。根據(jù)中紅外(MIR)波段的光譜響應(yīng)，這些熱發(fā)射體主要可分為非選擇性熱發(fā)射體和選擇性熱發(fā)射體。非選擇性熱發(fā)射體在整個MIR波段表現(xiàn)出高吸收/發(fā)射，而選擇性熱發(fā)射體僅在8-13 μm大氣窗口(定義為單選擇性RC材料)表現(xiàn)出高吸收/發(fā)射，在其余的MIR波段表現(xiàn)出高反射。研究表明，與非選擇型熱發(fā)射體相比，單選擇型發(fā)射體具有更優(yōu)的亞環(huán)境制冷性能，原因是選擇型發(fā)射體可以排除大氣寄生熱（來自大氣層的加熱效應(yīng)）。然而，根據(jù)干旱環(huán)境中模擬計算（圖1c-e）可知，該結(jié)論僅在不考慮非輻射熱（主要指熱對流）的理想環(huán)境或接近理想的低對流環(huán)境成立。而在大多數(shù)實際環(huán)境中，單選擇型熱發(fā)射體的制冷性能會劇烈降低，相比非選擇型發(fā)射體的制冷優(yōu)勢并不明顯，甚至可能更差，這顯然限制了輻射制冷材料的實際應(yīng)用。

02

成果掠影

近日，清華大學(xué)化工系張如范課題組在輻射制冷材料研究方面取得重要進展。該文設(shè)計并制備了一種可以同時利用兩個大氣窗口（8–13 μm和16–25 μm）來降溫的雙選擇型（Dual-selective）熱發(fā)射體作為高性能輻射制冷材料，并證明其在干旱炎熱氣候下具有明顯優(yōu)于現(xiàn)有典型輻射制冷發(fā)射體的亞環(huán)境制冷性能（指降溫到環(huán)境溫度以下的能力），并具有很高的耐候性和色彩兼容性，提升了輻射制冷技術(shù)的降溫潛能，為其大規(guī)模實際應(yīng)用提供了可能。此外，當(dāng)在雙選擇型熱發(fā)射體樣品表明覆蓋不同顏色的彩色PE膜后，樣品仍體現(xiàn)出很高的亞環(huán)境制冷性能（如紅色和黃色），且明顯優(yōu)于彩色化后的商業(yè)涂料。表明雙選擇型材料還具有很高的彩色兼容性，有助于促進輻射制冷材料的大規(guī)模實際應(yīng)用。本工作從理論上提出并從實驗上實現(xiàn)了一種具有更高制冷性能且可拓展的輻射制冷設(shè)計，也為將來設(shè)計更多高效熱管理材料提供了新的思路。研究成果以“A dual-selective thermal emitter with enhanced subambient radiative cooling performance”為題發(fā)表在《Nature Communications》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1. 雙選擇輻射制冷模型的建立和理論計算。

圖2.雙選擇型輻射制冷熱發(fā)射體的分子-結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能表征。

圖3. 雙選擇型熱發(fā)射體在沙漠環(huán)境下的制冷性能測試。

圖4. 雙選擇型熱發(fā)射體制冷功率測試，以及與常見商品屋頂材料的制冷性能比較。

圖5. 雙選擇型熱發(fā)射體的彩色化和彩色兼容性研究。

★ 平臺聲明

部分素材源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。分享目的僅為行業(yè)信息傳遞與交流，不代表本公眾號立場和證實其真實性與否。如有不適，請聯(lián)系我們及時處理。歡迎參與投稿分享！