来源:Nano Research Energy 发布时间:2023/5/11 9:38:50
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清华大学曲良体教授:打造神奇的“冰魔方”!

2023年3月9日,高起点新刊Nano Research Energy (https://www.sciopen.com/journal/2790-8119) 创刊主编清华大学曲良体教授发表题为“Integrated radiative and evaporative cooling beyond daytime passive cooling power limit”的辐射制冷最新研究成果。

被动冷却技术有望替代传统电力制冷方案,减少能源消耗与各类泄露污染。辐射冷却是一种新兴的被动冷却技术,降温过程中不需要额外的能源消耗,由1900年普朗克提出的黑体辐射定律发展而来。随着纳米光子学的快速发展,新型光子晶体、超材料的不断出现,能够日间应用的辐射冷却材料也开始问世,避免了日间太阳辐射对材料散热的影响。然而,现有的日间辐射冷却技术,受普朗克定律限制,常温下的冷却功率难以突破150 W m–2,导致其制冷效果远低于现在使用的压缩机制冷技术,这极大地影响了日间辐射冷却技术实际的应用。因此,急需发展一种具有高冷却功率的被动冷却技术。

图1. 基于辐射-蒸发冷却技术的日间高效被动冷却。(a) 原位辐射冷却、蒸发冷却过程的示意图;(b)辐射-蒸发冷却功率与传统被动冷却技术性能比较图;(c) 辐射-蒸发冷却材料的可扩展性红外降温效果图。

针对以上问题,曲良体教授团队提出了辐射-蒸发冷却技术方案,建立了原位的界面蒸发冷却和辐射冷却,实现了同步的制冷过程。多孔聚丙烯酰胺水凝胶作为蒸发冷却层,允许水充分流过整个蒸发层,以强制对流形式散热的同时具有高蒸发率。P(VDF-TrFE)为透气辐射冷却纤维层,在大气窗口的平均发射率超过76 %,同时反射90 %的可见光,实现了优异的日间辐射冷却效果。整个材料系统实现了低可见光吸收率、高红外发射率、快速的水蒸发能力,在白天的最大平均冷却功率为710 W m–2,可以将水冷却6 ºC以上,平均净冷却功率可达630 W m–2。此外,还建立了可用于人体和设备的功能冷却器件(图1),为发展新型被动冷却技术提供了参考借鉴。清华大学博士研究生姚厚泽为论文第一作者。

论文信息:

Yao H, Cheng H, Liao Q, et al. Integrated radiative and evaporative cooling beyond daytime passive cooling power limit. Nano Research Energy, 2023, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120060

DOI:10.26599/NRE.2023.9120060

Nano Research Energy 是Nano Research姊妹刊,(ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年6月创刊,由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉,全英文开放获取期刊,聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用,对标国际顶级能源期刊,致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文,已入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊项目。2025年之前免收APC费用,欢迎各位老师踊跃投稿。

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