3D多孔輻射制冷薄膜 可使冰融化速率大幅降低
* 來源 : 中國新聞網(wǎng) * 發(fā)表時間 : 2023-5-5 8:00:00 * 瀏覽 : 1156
4月25日，科技日報記者從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，該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(shù)制備了一種具有3D多孔結(jié)構(gòu)的介電/聚合物復合薄膜材料，實現(xiàn)了優(yōu)異的輻射制冷效果。
在全球氣候變暖和國家“雙碳”目標背景下，研發(fā)清潔能源材料與節(jié)能降碳技術(shù)具有極為重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)降溫方法(如空調(diào)系統(tǒng)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(xiàn)。輻射制冷是一種零能耗、零污染的制冷技術(shù)，該技術(shù)利用寬光譜選擇性精準調(diào)控，通過有針對性地優(yōu)化光學結(jié)構(gòu)以滿足多場景制冷需求，可實現(xiàn)可持續(xù)無源制冷目標。
近幾年，越來越多的科研人員提出了輻射制冷的概念。輻射制冷的基本原理是：在密閉區(qū)域內(nèi)，通過覆蓋具有增強效應(yīng)的光譜選擇性材料，將該區(qū)域的熱量以熱輻射的形式釋放到低溫的外層宇宙空間，以達到自身降溫的目的。因此輻射制冷材料就是將熱輻射波長調(diào)制到大氣窗口波段的光學材料。
“實現(xiàn)輻射制冷的關(guān)鍵點在于光學材料在可見光近紅外波段(0.3—2.5毫米)有更高的反射率和在中紅外大氣窗口(8—13毫米)附近的波段有更高的發(fā)射率。”高祥虎說，就工作原理而言，輻射制冷與太陽能吸收完全相反。輻射制冷要求材料在太陽輻射波段具有較高的反射率，以及在大氣窗口波段有較高的發(fā)射率。而太陽能吸收則要求材料在太陽輻射波段具有高吸收低反射特性。在研制過程中，就材料選擇而言無法借鑒以往的經(jīng)驗。高祥虎表示，材料體系的選擇是他們遇到的最大問題。
高祥虎介紹，他們研制的具有3D多孔結(jié)構(gòu)的介電/聚合物復合薄膜材料內(nèi)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(jié)構(gòu)和功能成分使其太陽輻射波段反射率為98.26%，大氣窗口波段發(fā)射率為97.56%，有效提高了材料的光譜性能。在夏季日間太陽直射下，該材料可達到低于環(huán)境溫度9.1℃的降溫效果和87.2瓦/平方米的冷卻功率。
此外，該材料在防冰融化的測試中展現(xiàn)出優(yōu)異的降溫效果。在760瓦/平方米的太陽輻照度下照射2個小時，用該材料遮蓋的冰塊狀態(tài)沒有明顯變化，與自然狀態(tài)相比，該方法能使冰融化速率大幅降低。同時，該材料還具有優(yōu)異的機械性能和自清潔性能。經(jīng)過30多天的紫外線照射，該材料仍保持優(yōu)異的光學性能。
“我們課題組目前正在開發(fā)一類性能優(yōu)異、環(huán)境友好、成本低廉且可大面積生產(chǎn)的輻射制冷薄膜材料，以促進該類材料在實際生活中的廣泛應(yīng)用?！备呦榛⒔榻B，就目前而言，這類復合薄膜材料可用于冰川保護、大型石油儲存罐、大型電力設(shè)備、火力發(fā)電、建筑物制冷、光伏發(fā)電等諸多領(lǐng)域。（科技日報 記者 頡滿斌）