制冷和供暖消耗的能源約占世界總能源消耗的一半,且在未來30年內(nèi)制冷和供暖能耗預(yù)計還將分別增加83%和79%。常用的空調(diào)和集中供暖等傳統(tǒng)熱管理技術(shù)中,大面積的空間和無生命特征物體作為制冷/加熱對象消耗了大量能量,是一種嚴重的能源浪費,加劇了全球能源和生態(tài)危機。采用綠色可持續(xù)的制冷/加熱等熱管理技術(shù)對于緩解能源危機和減少溫室氣體排放至關(guān)重要。輻射熱管理,特別是不需要額外能量輸入的被動輻射制冷和被動輻射加熱,近幾年受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。被動輻射制冷通過大氣窗口(波長8-13 μm)將地表熱輻射傳輸?shù)胶渫鈱涌臻g(~ 3 K),而對于全時段(尤其白天)被動輻射制冷材料而言,大氣窗口內(nèi)的高發(fā)射率和太陽光譜內(nèi)(波長0.3-2.5 μm)的高反射率是實現(xiàn)有效輻射制冷性能的關(guān)鍵。另外,被動輻射加熱通;诘图t外發(fā)射(高紅外反射)材料反射人體或建筑等發(fā)射的熱輻射來減少熱損耗,實現(xiàn)零能耗的被動輻射加熱。被動輻射制冷/加熱材料已經(jīng)取得很多重要進展,但是目前的被動輻射熱管理材料設(shè)計通常是靜態(tài)的,不適于動態(tài)的季節(jié)和天氣變化,會在寒冷的冬天造成不必要的制冷或在炎熱的夏天導(dǎo)致多余的加熱效果。因此,模式動態(tài)可切換的雙模式(制冷/加熱)被動輻射熱管理材料是實現(xiàn)高效全時段被動輻射制冷/加熱亟待解決的關(guān)鍵問題。
圖2.雙模式薄膜制冷側(cè)和加熱側(cè)的形貌和紫外-紅外吸收率/發(fā)射率
圖3. 雙模薄膜的被動輻射制冷性能
圖4.雙模式薄膜的被動輻射加熱性能
作者將雙模式薄膜的制冷側(cè)和加熱側(cè)分別覆蓋在汽車和房屋模型上,研究了室外雙模式薄膜在實物上的實際制冷和加熱能力。結(jié)果表明,在太陽輻照度為600 W/m2時,制冷側(cè)面覆蓋的汽車內(nèi)部平均溫度為17.2℃,明顯低于裸車(29.0℃),顯示了薄膜的實際制冷能力。制冷側(cè)覆蓋的房屋模型內(nèi)部平均溫度為13.9℃,而裸房模型的內(nèi)部平均溫度為18.4℃,同時,被加熱面覆蓋的房屋模型內(nèi)部溫度為31.3℃,雙模式薄膜可同時實現(xiàn)4.5℃的制冷能力和12.9℃的加熱能力。以上實驗結(jié)果表明,通過翻轉(zhuǎn)雙模式薄膜可實現(xiàn)輻射制冷和加熱模式的動態(tài)轉(zhuǎn)換,在空間/個人/建筑制冷和加熱等實際熱管理場景中具有很大的應(yīng)用潛力。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c07293
- 湘潭大學(xué)徐圣教授課題組 CEJ:碳微球改性MXene - 一種同時增強聚乳酸材料的阻燃、抑煙和導(dǎo)熱性能的高效雜化阻燃劑 2025-07-15
- 北化樊保民/趙景茂《Corros. Sci.》:MXene賦能新交聯(lián)機理構(gòu)建強耐熱漆酚防護涂層 2025-06-18
- 華南師大張振 JCIS:以聚多巴胺包覆纖維素納米晶和MXene為光熱納米增強填料的液晶彈性體基光致軟致動器 2025-05-12
- 中南民族大學(xué)秦四勇、黃蓉團隊 AFM:具有分層結(jié)構(gòu)的可注射肽液晶水凝膠指導(dǎo)成肌細胞排列 - 促進肌肉功能恢復(fù) 2025-07-09
- 清華大學(xué)梁福鑫/楊振忠教授團隊 Adv. Mater.: 在Janus顆粒調(diào)控高分子復(fù)合材料分層結(jié)構(gòu)方面取得進展 2024-02-02
- 東華大學(xué)武培怡教授團隊 AFM:液滴塑造的分層結(jié)構(gòu)化仿生纖維 2023-11-23
- 武漢紡織大學(xué)于志財 CEJ:防患未“燃” - 能嗅CO、感高溫雙模式火災(zāi)預(yù)警傳感纖維 2025-05-11