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中科院蘭州化物所輻射制冷新材料研究獲新進展
2023年04月05日 10:35:22
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：4766
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】輻射制冷，即使溫度較高的物體向外界輻射能量以降低溫度的方法。利用在真空環境中，互不接觸的物體，因溫度的不同彼此進行輻射熱交換的原理，使高溫物體降溫。
海平面上升、冰川融化、干旱、生物多樣化喪失、生態系統破壞……全球變暖和溫室效應對環境和人類危害巨大。在全球氣候變暖和國家“雙碳”戰略背景下，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。作為一種零能耗、零污染的制冷技術，輻射制冷表現出了明顯的實際意義，可幫助人類在環境保護和能源利用兩方面得到和諧的發展。
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。該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。
此外，該材料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。
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。
參考資料來源：中國科學院蘭州化學物理研究所
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