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一种具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜

    辐射制冷是一种具有巨大应用潜力和应用前景的无碳制冷技术。它通过发射8-13微米的热辐射将地表热量导向太空,同时反射绝大部分的太阳辐射,可使物体即使在正午太阳光照下,也能达到低于空气的表面温度。然而现阶段的辐射制冷薄膜,在远红外波段的光谱选择性较差,这限制了它们的降温性能,这种降温抑制在高湿度地区尤其明显。

    近期,香港科技大学黄宝陵教授团队在国际权威期刊《Advanced Materials》上报道了一种由溶液法制备的,具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜。此薄膜由一层反射膜,一层氮氧化硅膜和一层自排列二氧化硅微球组成,结构上比此前报导的由光子多层膜体系制作的无机辐射制冷薄膜更为简单。该薄膜不但具有94.6%的大气窗口(8-13微米)发射率,且远红外光谱选择性达到1.46,突破了此前无法同时实现高发射率和高选择性的限制。配合96.4%的太阳反射率,该薄膜在香港的高湿度环境以及没有任何对流和辐射屏蔽情况下,获得了高达5度的秋季正午降温和高达2.5度的夏季正午降温。此外,得益于薄膜自身的无机组份和疏水表面,在长时间持久测试中,该薄膜展现了优异的户外环境抗性和自清洁功能,十分适合于高温高湿地区使用。本文第一作者为香港科技大学博士后研究员林崇佳,共同一作为香港科技大学李洋博士。

    一种具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜

    【研究亮点】

    1.相对于以往工艺复杂昂贵的超材料无机选择性薄膜,本工作中的无机辐射制冷薄膜结构简单,仅包含三层功能层,制冷性能更加优秀,且可通过溶液法批量制备,成本大为降低。该薄膜的表面散射使其颜色为白色,能有效避免镜面反射导致的光污染问题。

    2.该薄膜巧妙地运用了硅氧键和硅氮键在致密层状和颗粒状态下,分别于大气窗口内互补的光学震动峰值进行结合,获得了高红外发射率(94.6%)同时兼具高光谱选择性(1.46)。

    3.在香港的高温高湿环境中,且不使用任何对流遮挡覆盖的情况下,于秋季获得了高达5度的正午降温,于夏季获得了高达2.5度的正午降温。其制冷温度比非远红外选择性制冷薄膜高出40%。

    4.得益于其全无机材料组份,该薄膜拥有优异的耐紫外辐射和耐水浸泡性能。表面的无机粘合层和强疏水性,也使其拥有良好的耐久性和自清洁功能。

    【图文导读】

    一种具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜

    图1 辐射制冷薄膜的光谱和制备流程

    一种具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜

    图2 辐射制冷薄膜的结构和光学性能

    一种具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜

    图3 制冷薄膜的户外实验和测试结果

    一种具有高光谱选择性的无机辐射制冷薄膜

    图4 制冷薄膜的性能对比和耐久性研究

    【小结】

    综上所述,本工作提出了一种结构简单的辐射制冷薄膜,实现了大气窗口的高发射率和远红外的高选择性,突破了此前二者难以兼得的限制。全无机组份和溶液法加工工艺也使其拥有更好的环境耐性和大规模低成本生产潜力。


标签: 无机辐射制冷薄膜  

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