節(jié)能降碳！輻射制冷技術(shù)新材料研究獲新進(jìn)展

在全球變暖和國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，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。近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)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(dǎo)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(fù)合薄膜材料，實現(xiàn)了具有優(yōu)異光譜選擇性的輻射制冷材料。相關(guān)成果發(fā)表于《材料化學(xué)雜志》（Journal of Materials Chemistry A）。

 

“輻射制冷的研究來源于自然界中生活在炎熱沙漠的銀蟻。撒哈拉銀蟻通過自身獨特的‘毛衣’，可以有效減弱環(huán)境空氣向它對流傳熱，降低體表溫度。”中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員高祥虎告訴《中國科學(xué)報》，銀蟻的銀發(fā)具有三角形截面，這種三角形截面的毛發(fā)相當(dāng)于反射涂層，可將大部分太陽光反射。同時，這種毛發(fā)結(jié)構(gòu)在熱輻射的紅外波段卻是高發(fā)射率的，而這個波段正好是銀蟻向外熱輻射的波段，這樣既減少了吸收太陽光的熱量，又散掉了自己身上的熱量。而聚合物復(fù)合薄膜材料就類似于銀蟻的“毛衣”，也是目前為止較為優(yōu)越的輻射制冷材料。

 

高祥虎介紹，如何做到輻射制冷與太陽能吸收完全相反，一方面需要在可見光紅外線波段具有更高的反射率，另一方面要在8至13微米附近的波段有更高的吸收率。在研制過程中，團隊通過選擇在紅外大氣窗口具有振動峰的官能團來匹配相應(yīng)的聚合物。至于無機介電粒子，則使用第一性原理計算來預(yù)測粒子的全光譜光學(xué)常數(shù)。以氧化鋁/聚偏氟乙烯-六氟丙烯為原材料，采用相分離方法制備了分層多孔復(fù)合薄膜材料。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瓦每平方米的太陽輻照度下照射2個小時，具有復(fù)合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降低四倍。同時，該復(fù)合材料還具有優(yōu)異機械性能和自清潔性能。經(jīng)過30多天的紫外照射，該復(fù)合材料仍保持優(yōu)異的光學(xué)性能。

 

據(jù)了解，該3D多孔介電/聚合物復(fù)合薄膜材料具有良好的光譜選擇性、機械強度、耐候性，結(jié)構(gòu)簡單，易于制備等優(yōu)點，可用于大型石油儲存罐，大型電力設(shè)備，建筑物屋頂制冷等諸多領(lǐng)域，在輻射制冷的規(guī)模化生產(chǎn)和實際應(yīng)用等方面具有重要意義，在促進(jìn)“碳中和”中展現(xiàn)出廣闊前景。