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無能耗制冷新策略！
2024年12月04日 14:49:49
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：5273
近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的研究團隊在國際學術期刊《科學》上發(fā)表了一項重要研究成果，探索了一種豎直表面的日間低于環(huán)境溫度的輻射制冷新策略。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的研究團隊在國際學術期刊《科學》上發(fā)表了一項重要研究成果，探索了一種豎直表面的日間低于環(huán)境溫度的輻射制冷新策略。
空調(diào)等制冷設備在工作過程中耗費大量能源，加劇了溫室氣體的排放。因此，探索無需能源消耗的有效制冷方式顯得尤為重要。早在古代，人們便巧妙地利用夜晚沙漠的低溫來制冰，這一做法實際上是物體向寒冷的外太空輻射熱量，實現(xiàn)低于環(huán)境溫度的自然制冷。大氣在8-13微米波段有一個透明窗口，允許特定波長的輻射自由通過，這為輻射制冷技術提供了可能。然而，在制冷需求最大的日間，由于太陽輻射的存在，實現(xiàn)輻射制冷更具挑戰(zhàn)。
自2014年科研人員首次利用光子結(jié)構(gòu)設計材料的光譜特性，實現(xiàn)日間輻射制冷以來，該技術取得了顯著進步。但大多數(shù)研究都聚焦于直接朝向天空的表面，如建筑物的屋頂。在實際應用中，諸如建筑物外墻、車輛車身以及紡織品等需要制冷的對象，其大部分外表面往往是豎直的。因此，發(fā)展豎直表面的日間輻射制冷技術格外重要。
豎直表面日間輻射制冷技術面臨諸多挑戰(zhàn)，包括有效減少太陽光譜的吸收、通過大氣透明窗口向宇宙輻射熱量，以及避免被高溫地面加熱等。為此，科研人員設計了一種角度非對稱光譜選擇性的定向發(fā)射器件(AS發(fā)射器)。該發(fā)射器不僅具備高效反射太陽光的能力，還能巧妙減少吸收來自大氣和高溫地面的熱輻射，從而實現(xiàn)低于環(huán)境溫度的制冷效果。
AS發(fā)射器具有打破鏡面對稱性的鋸齒光柵結(jié)構(gòu)，結(jié)合Ag層和nanoPE薄膜，可以在整個太陽光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈反射，同時確保較高的紅外透射率以及非對稱分布的輻射特性。通過連續(xù)24小時的室外溫度測試，研究人員發(fā)現(xiàn)AS發(fā)射器在一整天中的表面溫度始終低于環(huán)境溫度，即使在炎熱的正午，仍然保持約2.5°C的制冷效果。
該研究攻克了豎直表面日間低于環(huán)境溫度的輻射制冷難題，促進了輻射制冷技術從二維水平面向三維真實環(huán)境的拓展，顯著擴大了有效制冷面積。這對輻射制冷技術的實際應用及節(jié)能減排具有重要意義，為探索無需能源消耗的有效制冷方式提供了新的思路。研究成果發(fā)表于國際學術期刊《科學》。
(資料參考來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)
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