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我校区新能源学院在辐射制冷研究方面取得进展
[ 作者:王富强 来源:新闻网 浏览:12 录入时间:2021年08月03日 ]

近日,我校区新能源学院王富强教授团队与校本部帅永教授、英国诺丁汉大学Yan Yuying教授团队合作,在辐射制冷研究方面取得进展,该工作成果以《具有仿生皮肤褶皱结构的高效辐射制冷涂层》(Efficient radiative cooling coating with biomimetic human skin wrinkle structure)为题在线发表在著名期刊《纳米能源》(Nano Energy)(IF=17.881上。

辐射制冷技术作为一种新兴的制冷技术,不同于传统的消耗能量驱动制冷方式,该技术通过强烈反射或散射太阳波段能量,并利用大气窗口波段与宇宙空间通过辐射的方式交换热量,在不消耗任何能源情况下实现良好的降温度效果,是一种真正零能耗、零污染的制冷技术。该技术可广泛应用在节能建筑及冷链系统等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。而目前辐射制冷材料普遍存在制冷性能低、结构复杂、制备成本高、使用寿命有限等问题,严重制约辐射制冷技术的规模化利用。因此,开发一种制冷性能优越、制备简便、成本低且可规模化利用的辐射制冷涂层是解决当前技术瓶颈的关键。

该项研究受人体皮肤褶皱结构可以增强自身辐射力这一原理的启发,围绕光谱调控实现高效辐射制冷的研究思路,进而提出仿生皮肤自然褶皱结构结合优化粒子实现双波段优化的设计思想。在制备过程中,通过控制材料配比及溶剂蒸发速率达到触发涂层自然褶皱力学机制进而形成自然褶皱表面结构。研究结果表明:与传统研究结果相比,该方法能有效提高涂层的光谱性能(太阳波段反射率~95%,大气窗口波段发射率~96%),正午时段最高可实现低于环境温度8.1℃的降温效果,并且涂层的实际建筑的应用测试,月度最高室内降温6.2℃,时段内空调节能最高超过50%,年度综合节能能效44.9 kWh/m2,经过近两年测试后涂层仍具有出色的制冷效果。此外,涂层还具有良好的耐候性、抗冲击力、颜色易扩展性等优异性能,且成本低廉具备可规模化生产的条件(约6~10 /m2),为未来辐射制冷涂层的规模化生产和应用铺平了道路(相关专利合作、转让事宜正在洽谈中)。

我校18级博士程子明和20级硕士韩寒为论文共同第一作者。程子明为我校培养的硕、博学生,研究方向为光谱辐射调控及辐射制冷材料的设计与制备,具体包括微纳表面结合粒子的光谱辐射优化调控理论、高透型辐射制冷薄膜和高反型辐射制冷涂层设计与制备等。已累计发表SCI论文12篇(个人H因子:15,总引用940余次)、授权发明专利3项,相关研究成果发表在《Solar Energy Materials and Solar Cells》、《International Journal of Heat and Mass Transfer》、《Science China: Technological Sciences》等能源相关领域权威期刊上。韩寒为我校培养的本、硕学生,研究方向为光谱辐射调控及自适应辐射制冷涂层的设计与制备。新能源学院王富强教授为该论文通讯作者。该研究受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者、欧盟ThermaSMART项目以及国家留学基金委的资助。




辐射制冷涂层的原理、设计及实验测试图


辐射制冷涂层光谱测试图及实际应用效果图


(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106377)






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