我校區新能源學院在輻射製冷研究方面取得進展
[ 作者:王富強 來源:新聞網 瀏覽:11 錄入時間:2021年08月03日 ]

近日,我校區新能源學院王富強教授團隊與校本部帥永教授、英國諾丁漢大學Yan Yuying教授團隊合作,在輻射製冷研究方面取得進展,該工作成果以《具有仿生皮膚褶皺結構的高效輻射製冷塗層》(Efficient radiative cooling coating with biomimetic human skin wrinkle structure)為題在線發表在著名期刊《納米能源》(Nano Energy)(IF=17.881上。

輻射製冷技術作為一種新興的製冷技術,不同於傳統的消耗能量驅動製冷方式,該技術通過強烈反射或散射太陽波段能量,並利用大氣窗口波段與宇宙空間通過輻射的方式交換熱量,在不消耗任何能源情況下實現良好的降温度效果,是一種真正零能耗、零污染的製冷技術。該技術可廣泛應用在節能建築及冷鏈系統等領域,助力實現“碳達峯、碳中和”。而目前輻射製冷材料普遍存在製冷性能低、結構複雜、製備成本高、使用壽命有限等問題,嚴重製約輻射製冷技術的規模化利用。因此,開發一種製冷性能優越、製備簡便、成本低且可規模化利用的輻射製冷塗層是解決當前技術瓶頸的關鍵

該項研究受人體皮膚褶皺結構可以增強自身輻射力這一原理的啓發,圍繞光譜調控實現高效輻射製冷的研究思路,進而提出仿生皮膚自然褶皺結構結合優化粒子實現雙波段優化的設計思想。在製備過程中,通過控制材料配比及溶劑蒸發速率達到觸發塗層自然褶皺力學機制進而形成自然褶皺表面結構。研究結果表明:與傳統研究結果相比,該方法能有效提高塗層的光譜性能(太陽波段反射率~95%,大氣窗口波段發射率~96%),正午時段最高可實現低於環境温度8.1℃的降温效果,並且塗層的實際建築的應用測試,月度最高室內降温6.2℃,時段內空調節能最高超過50%,年度綜合節能能效44.9 kWh/m2,經過近兩年測試後塗層仍具有出色的製冷效果。此外,塗層還具有良好的耐候性、抗衝擊力、顏色易擴展性等優異性能,且成本低廉具備可規模化生產的條件(約6~10 /m2),為未來輻射製冷塗層的規模化生產和應用鋪平了道路(相關專利合作、轉讓事宜正在洽談中)。

我校18級博士程子明和20級碩士韓寒為論文共同第一作者。程子明為我校培養的碩、博學生,研究方向為光譜輻射調控及輻射製冷材料的設計與製備,具體包括微納表面結合粒子的光譜輻射優化調控理論、高透型輻射製冷薄膜和高反型輻射製冷塗層設計與製備等。已累計發表SCI論文12篇(個人H因子:15總引用940餘次)、授權發明專利3項,相關研究成果發表在《Solar Energy Materials and Solar Cells》、《International Journal of Heat and Mass Transfer》、《Science China: Technological Sciences》等能源相關領域權威期刊上。韓寒為我校培養的本、碩學生,研究方向為光譜輻射調控及自適應輻射製冷塗層的設計與製備。新能源學院王富強教授為該論文通訊作者。該研究受到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、山東省泰山學者、歐盟ThermaSMART項目以及國家留學基金委的資助。




輻射製冷塗層的原理、設計及實驗測試圖


輻射製冷塗層光譜測試圖及實際應用效果圖


(論文鏈接://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106377)


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