輻射熱管理技術(shù)為減少用于熱管理的能源消耗提供了一種零能耗方案。但如何解決單一模式輻射熱管理材料靜態(tài)光譜與現(xiàn)實環(huán)境下動態(tài)溫度變化之間的矛盾是輻射熱管理走向應用不可回避的問題。相比于其他刺激響應型動態(tài)輻射熱管理設計，溫度響應型動態(tài)輻射熱管理器件可以根據(jù)環(huán)境溫度變化實時調(diào)整熱管理模式，具有更廣泛的應用前景。但現(xiàn)有研究多集中在對某一特定波段的單獨調(diào)控，而不能實現(xiàn)太陽輻射和中紅外波段的同時調(diào)控，這極大地限制了輻射熱管理技術(shù)的節(jié)能效果。
圖 1 基于可見光和紅外“熱值變色”的雙模式熱管理器件的設計原理
近日，南開大學馬儒軍教授團隊受自然界喜馬拉雅兔毛發(fā)變色和含羞草葉片伸展-閉合行為啟發(fā)設計并實現(xiàn)了一種基于可見光和紅外熱致變色的零能耗動態(tài)輻射熱管理器件。利用顏色的熱致變色實現(xiàn)對太陽輻射的選擇性吸收。利用具有可逆形狀變化的熱驅(qū)動器實現(xiàn)對中紅外發(fā)射率的可逆調(diào)控。兩種光譜調(diào)控的機制相結(jié)合，使器件在可見光至中紅外波段范圍具有寬光譜獨立調(diào)控的能力，從而實現(xiàn)器件根據(jù)溫度變化零能耗自行調(diào)整熱管理模式的目的。實際測試和數(shù)值預測結(jié)果顯示這種器件具有較好的全年節(jié)能效果。另外分波段獨立調(diào)控的設計理念和策略為電磁波譜動態(tài)調(diào)控在更廣泛領(lǐng)域的應用提供可能。
圖 2 雙模式器件的溫敏特征光譜
相關(guān)成果以“Bioinspired zero-energy thermal-management device based on visible and infrared thermochromism for all-season energy saving”為題發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 119, e2207353119 (2022)）。文章共同第一作者是南開大學助理研究員張權(quán)博士與碩士生王玉峰，通訊作者為南開大學材料科學與工程學院馬儒軍教授。研究得到國家科技部與國家自然科學基金委的支持。
原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2207353119
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