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南開大學馬儒軍教授和陳永勝教授團隊合作《Nat. Commun.》：可實現全年節能的溫控零能耗雙模式熱管理器件

2022-08-22 來源：高分子科技

全球每年用于溫度控制的化石能源約占總消耗的50%，大量化石能源的使用還會導致復雜的氣候環境問題，如何降低用于溫度控制的化石能源需求是一個巨大挑戰。輻射熱管理借助獨特的光譜選擇性，利用自然中的熱源（太陽）與冷源（外太空），提供了一種零能耗的溫度控制技術，近年來受到越來越多的關注。然而，一個不能回避的問題，真實世界中環境溫度隨空間和時間動態多變。單一模式的太陽加熱或輻射制冷不能完全適應環境溫度的動態變化，非預期的溫度控制（例如炎熱狀態下的太陽加熱或寒冷環境中的輻射制冷）反而可能加劇能源消耗。

圖 1 雙模式熱管理器件的結構與光譜特征

近期，南開大學馬儒軍教授和陳永勝教授團隊設計并實現了一種智能自切換零能耗雙模式輻射熱管理器件。器件同時具有兩組具有高選擇性的特征光譜，且加熱和制冷模式下的特征光譜都與理想光譜相近，能夠實現高效的輻射熱管理（圖 1）。同時，溫敏驅動結構使得器件可通過自發感知溫度變化，智能實現熱管理模式的可逆切換。從熱管理到模式切換，整個過程中無需額外的能量消耗，實現了全過程零能耗工作的設計目標。室外真實環境中的測試結果顯示，在平均太陽輻射強度958.7 W/m²的條件下，這種雙模式熱管理器件具有~859.8 W/m²的平均太陽加熱功率（平均光熱轉化效率~91%），和126.0 W/m²的平均輻射制冷功率，均與最新的單一太陽加熱或輻射制冷材料性能相當。基于歷史氣象數據的估算結果表明，這種雙模式輻射熱管理器件在全球范圍內都表現出良好的全年節能效果，為輻射熱管理技術的實際應用提供一條可行的技術路線。

圖 2 雙模式器件的熱管理性能

該工作以“Temperature-dependent dual-mode thermal management device with net zero energy for year-round energy saving”為題發表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 13, 4874 (2022)）。文章第一作者是南開大學助理研究員張權博士，共同第一作者為南開大學碩士生呂藝文，通訊作者為南開大學馬儒軍教授和陳永勝教授。研究得到國家科技部與國家自然科學基金委的支持。

該工作是團隊近期關于高性能熱管理器件結構設計與應用的最新進展之一。馬儒軍教授目前為南開大學材料科學與工程學院智能熱管理實驗室負責人，近年來在主動/被動制冷材料、柔性熱電材料與器件、高性能柔性導熱復合材料、能源轉換材料與器件等多學科交叉領域取得了一系列重要的研究成果，并以通訊或第一作者發表在Science、Chemical Society Reviews、Nature Communications、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Letters、ACS nano等國際知名期刊上。實驗室擁有先進的材料制備平臺以及電學、熱學等測試系統，并圍繞國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、天津市重點基金等，展開新能源與智能熱管理技術方向的研究。團隊現誠招材料、化學、物理、電子等相關專業背景的博士后，歡迎有志之士將個人簡歷（pdf）發送至馬儒軍教授郵箱malab@nankai.edu.cn，郵件標題請注明：“應聘博士后+本人姓名+博士畢業院校”，對于符合要求并通過初審者，將會通知安排面試。招聘啟事在崗位招滿前有效。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32528-1

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（責任編輯：xu）

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