輻射熱管理技術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光譜與現實環境下動態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輻射熱管理設計,溫度響應型動態輻射熱管理器件可以根據環境溫度變化實時調整熱管理模式,具有更廣泛的應用前景。但現有研究多集中在對某一特定波段的單獨調控,而不能實現太陽輻射和中紅外波段的同時調控,這極大地限制了輻射熱管理技術的節能效果。
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變色和含羞草葉片伸展-閉合行為啟發設計并實現了一種基于可見光和紅外熱致變色的零能耗動態輻射熱管理器件。利用顏色的熱致變色實現對太陽輻射的選擇性吸收。利用具有可逆形狀變化的熱驅動器實現對中紅外發射率的可逆調控。兩種光譜調控的機制相結合,使器件在可見光至中紅外波段范圍具有寬光譜獨立調控的能力,從而實現器件根據溫度變化零能耗自行調整熱管理模式的目的。實際測試和數值預測結果顯示這種器件具有較好的全年節能效果。另外分波段獨立調控的設計理念和策略為電磁波譜動態調控在更廣泛領域的應用提供可能。
圖 2 雙模式器件的溫敏特征光譜
相關成果以“Bioinspired zero-energy thermal-management device based on visible and infrared thermochromism for all-season energy saving”為題發表在《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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