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針對性優化光學結構 輻射制冷新材料研究獲新進展
2023年04月03日 16:08:02
來源：化工儀器網 點擊量：4656
近日，中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室低碳能源材料組高祥虎研究員團隊，通過熱誘導相分離技術制備了一種具有3D多孔結構的介電/聚合物復合薄膜材料，實現了具有優異光譜選擇性的輻射制冷材料。
【化工儀器網 項目成果】近日，中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室低碳能源材料組高祥虎研究員團隊，通過熱誘導相分離技術制備了一種具有3D多孔結構的介電/聚合物復合薄膜材料，實現了具有優異光譜選擇性的輻射制冷材料。相關研究成果以“Polymer composites with hierarchical architecture and dielectric particles for efficient daytime subambient radiative cooling”為題發表在Journal of Materials Chemistry A上。
時至目前，我國已經擁有家用空調上億臺，商業空調120多萬臺，空調能耗占全國耗電量的15%，在夏季用電的高峰期，空調用電量甚至能夠達到城鎮總用電量的40%。近年來，在全球氣候變暖和國家“雙碳”戰略背景下，研究開發制冷降溫的新方法、新技術，乃至研究新的清潔能源材料與節能降碳技術具有極為重要的戰略意義。
傳統降溫方法(如空調系統等)能源消耗大，導致溫室氣體排放顯著提升，嚴重阻礙“雙碳”目標的實現。輻射制冷作為一種零能耗、零污染的制冷技術，為可持續碳中和提供了新的機會。該技術利用寬光譜選擇性精準調控，通過針對性優化光學結構滿足多場景制冷需求，最終實現可持續無源制冷目標。
研究發現的復合薄膜材料內部具有隨機分散的氧化鋁粒子和分層無序的微納孔隙，合理的層次結構和功能成分有效提高了材料的光譜性能(太陽輻射波段反射率98.26%、大氣窗口波段發射率97.56%)。在夏季日間太陽直射下，可實現低于環境溫度～9.1°C的降溫效果和～87.2 W/m2的冷卻功率。在微觀光學機理方面，基于Mie散射理論建立模型對介電粒子及材料-空氣界面電場分布進行仿真模擬。
除此之外，該材料還在防冰融化的測試中展現出優異的降溫效果。在～760 W/m2的太陽輻照度下照射2個小時，具有復合材料遮蓋的冰塊狀態沒有明顯變化，與自然狀態相比，該方法能使冰融化速率降低四倍。同時，該復合材料還具有優異機械性能和自清潔性能。經過30多天的紫外照射，該復合材料仍保持優異的光學性能。
該3D多孔介電/聚合物復合薄膜材料具有良好的光譜選擇性、機械強度、耐候性，結構簡單，易于制備等優點，在輻射制冷的規模化生產和實際應用等方面具有重要意義，在促進“碳中和”中展現出廣闊前景。同時，該項工作得到了中科院青年創新促進會、甘肅省科技重大專項和蘭州化物所“十四五”規劃重大突破項目的支持。
(資料來源：中國科學院蘭州化學物理研究所)
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