無能耗制冷新策略！
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的研究團(tuán)隊在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》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(shè)備在工作過程中耗費(fèi)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(shù)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(shè)計材料的光譜特性，實現(xiàn)日間輻射制冷以來，該技術(shù)取得了顯著進(jìn)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(yīng)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(shù)格外重要。
豎直表面日間輻射制冷技術(shù)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(shè)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(qiáng)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(jìn)了輻射制冷技術(shù)從二維水平面向三維真實環(huán)境的拓展，顯著擴(kuò)大了有效制冷面積。這對輻射制冷技術(shù)的實際應(yīng)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(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。
(資料參考來源：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
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