無(wú)能耗制冷新策略！
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表了一項(xiàng)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(guò)程中耗費(fèi)大量能源，加劇了溫室氣體的排放。因此，探索無(wú)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(lái)制冰，這一做法實(shí)際上是物體向寒冷的外太空輻射熱量，實(shí)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(gè)透明窗口，允許特定波長(zhǎng)的輻射自由通過(guò)，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(yáng)輻射的存在，實(shí)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(jì)材料的光譜特性，實(shí)現(xiàn)日間輻射制冷以來(lái)，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(shí)際應(yīng)用中，諸如建筑物外墻、車(chē)輛車(chē)身以及紡織品等需要制冷的對(duì)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(yáng)光譜的吸收、通過(guò)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(jì)了一種角度非對(duì)稱(chēng)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(yáng)光的能力，還能巧妙減少吸收來(lái)自大氣和高溫地面的熱輻射，從而實(shí)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(duì)稱(chēng)性的鋸齒光柵結(jié)構(gòu)，結(jié)合Ag層和nanoPE薄膜，可以在整個(gè)太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈反射，同時(shí)確保較高的紅外透射率以及非對(duì)稱(chēng)分布的輻射特性。通過(guò)連續(xù)24小時(shí)的室外溫度測(cè)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(shí)環(huán)境的拓展，顯著擴(kuò)大了有效制冷面積。這對(duì)輻射制冷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及節(jié)能減排具有重要意義，為探索無(wú)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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。
(資料參考來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
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