加州大学伯克利分校吴军桥Science：全季家用热调节温度适应性辐射涂层

木文韬 2年前 (2021-12-17) 7234浏览

【引言】

在美国等国家，~39%的总能源消耗是在建筑物上。对于住宅能源部分，~51%用于取暖和制冷，以保持理想的室内温度（~22°C）。与大多数需要外部电源输入的温度调节系统相比，中红外（IR）大气透明窗口（"天窗"）允许地表和3K的外层空间之间进行热辐射交换，从而为建筑物的热辐射冷却打开了被动通道。这种冷却室外表面（如屋顶）的方法在过去已被广泛研究。现在，利用薄膜、有机涂料或结构材料等具有低太阳吸收率和高热发射率的材料来进行日间辐射冷却。过去对白天辐射冷却的研究，虽然成功地降低了冷却能耗，但通常使用的材料具有固定的冷却优化性能，即使地表温度低于预期，如在夜间或冬季，也能有效地发出热辐射。这种不必要的热辐射冷却将增加供暖的能源消耗，并可能抵消在炎热的时间或季节所节省的冷却能源。这一问题得到了研究界的广泛认可，缓解过冷已成为一项及时的需求。为了减少过冷带来的加热损失，最近尝试了一些技术来关闭低温（低于22℃）下的热辐射冷却。尽管这些技术在切换方面很有效，但通常需要额外的能量输入或外部激活，在某些情况下，切换是通过机械移动部件实现的。因此，开发能在低温下自动停止辐射冷却的动态结构是非常可取的。然而，现有的自切换辐射冷却的努力要么是纯理论，要么仅限于材料表征，与实际的家庭热调节无关。最近，开发了一种智能亚环境涂层，重点是通过荧光减少太阳吸收，而不是通过温度调节热辐射。

【成果简介】

今日，在加州大学伯克利分校吴军桥教授团队等人带领下，通过开发一种从四季的角度来进行热调节的机械柔性涂层，使其热发射率适应不同的环境温度。制备的温度适应性辐射涂层（TARC）在光子放大的金属-绝缘体转变的驱动下，以最佳方式吸收了太阳能，并自动将热发射率从环境温度低于15℃时的0.20切换到温度高于30℃时的0.90。模拟结果显示，在大多数气候条件下，特别是在季节性变化较大的气候条件下，该系统的节能效果优于现有的屋顶涂料。相关成果以题为“Temperature-adaptive radiative coating for all-season household thermal regulation”发表在了Science。