胡良兵教授最新Science!

一、【导读】

全球每年约10%的电量用于室内空调，预计到2050年，空调制冷需求将增加两倍，因此需要采取不同的方法来缓解电网压力和应对全球变暖。被动式日间辐射冷却材料可以通过反射阳光并向寒冷的宇宙中反射长波红外（LWIR）辐射（~3K），使得建筑物冷却所需的能量减少60%。目前已证实基于集成多层无机薄膜（例如复合陶瓷和金属）的纳米光子结构可实现各种被动辐射冷却。然而，这种结构需要具有纳米级精度的复杂制造技术（通常在真空室中），这使得它们难以扩展且成本高昂，尤其是在建筑应用领域。因此，开发既能制造和应用，又能显示长期环境稳定性的被动冷却结构具有挑战性。

二、【成果掠影】

基于此，美国马里兰大学胡良兵教授团队开发了一种随机光子复合材料，该复合材料由微孔玻璃框架和氧化铝颗粒组成，该框架具有选择性LWIR发射以及相对较高的太阳反射率，而氧化铝颗粒强烈散射阳光并防止制造过程中多孔结构的致密化。研究表明，即使在高湿度条件下（高达80%），这种微孔玻璃涂层也能在正午和夜间分别使温度下降约3.5°C和4°C。这种辐射“冷却玻璃”涂层即使暴露在恶劣的条件下，包括水、紫外线辐射、污垢和高温，也能保持高的太阳反射率，该论文以题为“A solution-processed radiative cooling glass”发表在知名期刊Science上。

三、【数据概览】

图1  用于日间被动辐射冷却的环境稳定的玻璃涂层 © 2023 AAAS

图2  辐射冷却玻璃涂层的制备和形貌表征 © 2023 AAAS

图3  辐射冷却玻璃涂层的光学和热性能及其模拟CO₂减排 © 2023 AAAS

图4  辐射冷却玻璃的环境稳定性 © 2023 AAAS

 四、【成果启示】

本研究报告了一种双颗粒设计方法，以开发环境稳定且低成本的微孔光子玻璃涂层，用于日间辐射冷却，避免使用有机聚合物、金属和复杂的多层结构。该设计的特点是大玻璃颗粒（直径约12μm），其尺寸在大气透明度窗口内，形成的多孔框架可提供更强的选择性低温红外发射，同时将太阳光散射成高太阳反射率。同时，加入较小的Al₂O₃颗粒（直径约0.5μm），以提高复合材料的太阳反射率，并阻止玻璃颗粒的完全致密化。辐射冷却玻璃涂层与具有不同软化点（300-1000°C）的玻璃框架和介电颗粒（如TiO₂、ZnO、BN和Al₂O₃）的多种不同组合兼容，并且可以通过加入染料轻松扩展到开发彩色辐射冷却玻璃涂料。这种基于溶液的工艺具有扩展性，可以通过刷涂或喷涂的方式轻松应用于各种表面，包括屋顶和墙壁，而烧结处理可以通过各种方式实现。这项工作提供了一种具有高太阳反射率、高选择性LWIR、高抗环境退化性和高工作温度的辐射冷却结构，可用于大规模和长期部署，如建筑、数据中心和冷链运输，以及在更极端的环境（如航空航天）中的应用。

文献链接：A solution-processed radiative cooling glass (Science 2023, 382, 684-691)

本文由大兵哥供稿。