科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校工程學(xué)院裴剛教授與國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室鄒崇文研究員團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種全新的能量利用方法，該方法分別以太陽(yáng)和太空為熱源和冷源，巧妙利用光譜自適應(yīng)智能涂層來(lái)解決光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程和輻射制冷過(guò)程的光譜沖突，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候的冷熱能量捕獲和利用。相關(guān)研究成果于2022年4月19日發(fā)表在國(guó)際期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》上。
從熱力學(xué)的角度來(lái)看，太陽(yáng)和太空是地球能量循環(huán)的終極熱源和終極冷源。光熱轉(zhuǎn)換通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射直接利用，獲得高溫?zé)崮?；而天空輻射制冷可以將地表能量以紅外輻射形式通過(guò)大氣窗口直接發(fā)射至低溫太空，獲得低溫冷量，實(shí)現(xiàn)對(duì)深空低溫的超遠(yuǎn)距直接利用。然而，目前的光熱轉(zhuǎn)換和天空輻射制冷都依賴于靜態(tài)的光譜選擇性涂層，但兩種過(guò)程存在紅外光譜沖突，目前技術(shù)都是對(duì)單一目標(biāo)、單一功能的利用。
基于此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出利用光譜自適應(yīng)調(diào)控機(jī)制對(duì)太陽(yáng)熱源和太空冷源進(jìn)行時(shí)間解耦，突破目前對(duì)太陽(yáng)熱源和太空冷源的單一利用方式?？蒲腥藛T研制了一種基于二氧化釩相變材料的多層膜光譜選擇性自適應(yīng)涂層，該涂層在白天太陽(yáng)輻照下處于金屬態(tài)，整體涂層太陽(yáng)吸收率為0.89，紅外發(fā)射率僅為0.25，表現(xiàn)為光熱吸收特性；在夜間無(wú)輻照條件下，處于絕緣態(tài)，涂層在大氣窗口波段具有高的發(fā)射率，在其余中紅外波段具有低的發(fā)射率，表現(xiàn)為輻射制冷特性。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該器件表面溫度在白天可以比環(huán)境溫度高170℃，在夜間可以比環(huán)境溫度低20℃，具有白天光熱轉(zhuǎn)換、夜間輻射制冷的自適應(yīng)功能。器件可以24小時(shí)全天候運(yùn)行，極大提升冷熱能量捕獲的綜合效率。
這一研究結(jié)果為基于太陽(yáng)熱源和太空冷源的能量捕獲和高效利用提供了一種全新的途徑，該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能、光伏冷卻、熱電轉(zhuǎn)換以及深空探索等領(lǐng)域。
（中國(guó)科大供圖）
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