热光子学的进步使垂直表面的日间亚环境辐射冷却成为可能
发布时间：2024-11-27 10:58:11 阅读数： 542
AS发射器由一个锯齿光栅组成，上面覆盖着一层uv - vis反射、ir -透明的纳米ope薄膜。AS发射器可以有效地减少对向上地面辐射、向下大气热辐射和阳光的吸收，实现亚环境日间辐射冷却。来源：《科学》（2024）。DOI: 10.1126/science.adn2524
辐射传热，作为自然界中至关重要的能量传递方式，长久以来受限于传统黑体辐射的特性，如无方向性、非相干性等，导致能量交换广泛且难以控制，进而影响了传热效率和热流管理的精细度。这些局限性在很大程度上阻碍了辐射传热技术的实际应用，特别是在需要高效热管理的领域。
然而，一项最新研究成果在《科学》杂志上发布，为这一难题带来了全新的解决方案。由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（CIOMP）的李伟教授领衔，联合斯坦福大学的范山辉教授团队和纽约城市大学的Andrea Alu教授团队，共同研发了一种创新技术，利用热光子学原理，在角度和光谱两个维度上实现了对热辐射的精准控制。
这项技术的核心在于一种名为“角不对称和光谱选择性热发射器”（AS发射器）的设计。AS发射器巧妙结合了跨尺度对称破缺结构，其主体是一个锯齿状的光栅，表面覆盖着一层特殊的纳米多孔聚乙烯（nanoPE）薄膜，该薄膜在紫外和可见光波段反射强烈，而在红外波段则保持透明。此外，AS发射器还包含一层银层和一层氮化硅（SiN）层，银层用于反射太阳光的热量，而SiN层则利用其声子极化共振特性，实现光谱选择性的热辐射。
实验结果显示，这种AS发射器在垂直表面上展现出了卓越的亚环境辐射冷却效果。即使在阳光最为强烈的时段，AS发射器也能保持比环境温度低2.5℃的稳态温度，相较于传统的高性能辐射冷却器和商用白漆，其温度分别降低了4.3℃和8.9℃。这一成果不仅突破了传统辐射冷却器只能在水平面上工作的局限，更实现了从二维到三维应用场景的跨越。
更为值得一提的是，AS发射器的设计策略具有极高的灵活性，可以根据实际应用场景调整热发射的角度覆盖范围。这意味着，即使面对如热建筑墙壁这样的不利条件，AS发射器仍然能够实现亚环境辐射冷却。这一特性极大地拓宽了辐射冷却技术的应用范围，从墙壁、衣物到车辆侧面等倾斜或垂直表面均可适用。
李伟教授展望道，AS发射器的热排放能力对于减少供暖和全球能源消耗具有深远影响。这一创新技术不仅为能源和可持续发展领域开辟了新的道路，还为各种应用场景下的节能技术提供了全新的热管理解决方案。随着研究的深入和技术的不断成熟，我们有理由相信，这一成果将在未来推动辐射传热技术迈向更加高效、智能和环保的新阶段。
