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，該方法分別以太陽和太空為熱源和冷源，巧妙利用光譜自適應(yīng)智能涂層來解決光熱轉(zhuǎn)換過程和輻射制冷過程的光譜沖突，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)的角度來看，太陽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)換通過對(duì)太陽輻射直接利用，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)太陽熱源和太空冷源進(jìn)行時(shí)間解耦，突破目前對(duì)太陽熱源和太空冷源的單一利用方式。科研人員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，該涂層在白天太陽輻照下處于金屬態(tài)，整體涂層太陽吸收率為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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