摘要:辐射冷却涂层由于其出色的冷却性能和能源效率而被广泛使用。但是,缺乏对他们的天气抵抗力,长期性能以及对建筑物负荷的影响的全面研究。为了填补这一研究空白,选择了7种涂层进行实验观察和仿真研究。结果表明,不同涂层之间在抗衰老特性,冷却性能和减少建筑物负载方面存在明显差异。一些涂层在风化测试后表现出泛黄,破裂和剥离,并伴随着其辐射特性的下降。长期测试表明,由于自然衰老,所有涂层的冷却性能逐渐下降,并且下降速度与涂料的风化成正比。建筑物负载模拟揭示了涂料选择对冷却和加热负荷的潜在影响,从而表明应根据不同气候区域中的实际使用情况选择不同的涂层。
近年来,文献中提出了越来越多的被动辐射冷却材料,由于其独特的稳定性,无毒性和可用性,其中有几个示例依赖于使用二氧化硅(SIO 2)。尽管如此,由于其散装声子 - 孔子带,Sio 2在大气透明度窗口内呈现出明显的反射峰(8-13μm),从而导致发射率降低,这构成了挑战,以实现对亚物种的次级辐射辐射冷却的标准。因此,该领域的最新发展专门用于设计Sio 2光子结构的设计,以增加散装SIO 2辐射冷却器的冷却潜力。本综述旨在通过评估其冷却效率及其可扩展性来确定SIO 2辐射发射器的最有效的光子设计和制造策略,从而对各种类型的各种类型的sio 2 radiative Coolers sio(数值和实验)进行了深入的分析。
以前的作品发现,与单个粒径相比,辐射冷却油漆的多个纳米颗粒大小会增加太阳反射率。在这项研究中,我们通过结合MIE理论,蒙特卡洛模拟和机器学习方法来评估这一发现,以识别BASO 4和TIO 2-丙烯酸丙烯酸辐射冷却油漆中最佳粒径组合。我们发现,最佳的多个粒径确实超过了Tio 2油漆中最佳的单尺寸,但与Baso 4油漆中的最佳单尺寸相比,表现不佳。这是由于Baso 4在太阳光谱上的接近恒定折射率所致。此外,只要平均粒径在300 - 600 nm附近,不同的粒径分布也会产生类似的高太阳反射率。考虑到精确生产单个粒径是不可行的,我们得出结论,多种粒径的真正好处是它们可以实现具有成本效益的制造,同时保留了强大的高性能。
太阳(∼ 6,000 K)和外层空间(∼ 3 K)是地球人类两种重要的可再生热力资源。通过光热(PT)进行太阳热转换和通过辐射冷却(RC)获取外层空间的寒冷已经引起了人们的极大兴趣。然而,大多数 PT 和 RC 方法都是静态的和单功能的,只能在阳光下或黑暗下分别提供加热或冷却。在此,开发了一种光谱自适应吸收器/发射器(SSA/E),它具有强太阳吸收和可在大气窗口内(即 8 至 13 μ m)切换的发射率,用于 PT 和 RC 的动态组合,对应于从太阳持续有效地获取能量并将能量释放到宇宙。所制造的 SSA/E 不仅可以在阳光下加热到高于环境温度约 170°C,还可以冷却到低于环境温度 20°C,并且热建模可以捕捉 SSA/E 的高能量收集效率,从而实现新的技术能力。
摘要:随着全球变暖和温室效应的加剧,全球对制冷的需求日益增加。但是,传统的制冷方法不仅消耗了很多能量,而且还会产生诸如Co 2和臭氧(O 3)之类的温室气体(O 3),这将导致温室效应的强化,从而导致恶性循环。迫切需要开发一种干净的冷却技术。被动的白天辐射冷却已被证明是一种有效的策略,是以辐射形式转移到冷外层空间的形式的有效策略,并实现冷却的目的而无需消耗能量或使用辅助设备。根据被动日间辐射冷却技术的原理,本文分析了白天辐射冷却膜和涂料的设计思想,并分析和阐述了辐射冷却材料的开发历史和最新研究进度。最后,结合当前在构建冷却和个人热管理方面的应用,该技术的未来开发方向已被验证。关键字:全球变暖;温室效应;白天辐射冷却;发展课程;建筑冷却;个人热管理
热辐射代表了自然界的无处不在。作为主要能量和熵载体,热辐射在广泛的应用中起着根本重要的作用。在热光子学的新兴领域中,使用热光子结构(至少一个结构特征是波长或以下小波长量表)可以重塑与常规热发射器的热辐射,并为能源应用提供令人兴奋的机会[1] [1] [2]。热光子学现在正成为可再生能源研究的前沿,对节能,减少碳和可持续社会产生了影响。在纳米光学的特刊“可持续性热光子学”中,我们通过评论,观点和研究论文收集并突出了热光子学和相关可持续性应用的最新发展。该问题中包含的审查和观点提供了基于纳米素养的光则冷却的全面概述。Yoo等。 回顾了可切换辐射冷却策略的最新发展[3]。 基于不同的开关机制,例如润湿/干燥,机械刺激,热色素和电致色素反应,实施了自适应热管理,以实现稳定温度调节的要求。 Zhang等。 精确地指出了从实验室促进辐射冷却到实践时的问题和挑战[4]。 但是,对于大区域工业应用而言,设计和制造的复杂性是不起作用的。 Han等。Yoo等。回顾了可切换辐射冷却策略的最新发展[3]。基于不同的开关机制,例如润湿/干燥,机械刺激,热色素和电致色素反应,实施了自适应热管理,以实现稳定温度调节的要求。Zhang等。 精确地指出了从实验室促进辐射冷却到实践时的问题和挑战[4]。 但是,对于大区域工业应用而言,设计和制造的复杂性是不起作用的。 Han等。Zhang等。精确地指出了从实验室促进辐射冷却到实践时的问题和挑战[4]。但是,对于大区域工业应用而言,设计和制造的复杂性是不起作用的。Han等。透视图详细阐述了理论约束,光谱选择性的局限性,材料和结构设计的难度,不均匀的评估方案,商业化问题和可能的解决方案。白天辐射冷却需要对热辐射的光谱控制:太阳光谱中的同时高反射和大气窗中的高发射率[5]。多层光学堆叠,超材料和光子晶体,用于亚镜子白天辐射冷却[6],[7]。最近,聚合物和随机光子材料可以在热辐射的纳米光子控制中具有高的设计自由度和可扩展制造[8]。除了在太阳光谱和大气窗口的增强光谱选择性外,还赋予了越来越多的功能和工业可伸缩性。在本期特刊中,Zhao等。提出了双层辐射冷却涂层,通过用二氧化硅 /聚(乙烯基二氟乙烯 - 二甲基二甲基二氟丙烯)覆盖TIO 2 /丙烯酸树脂涂料,在可伸缩的工艺中呈现超氢肥料性能[9]。开发了基于回收的聚合物的无源辐射冷却材料,目的是用于可持续目标,而不是使用原始聚合物[10]。疏水性,鲁棒机械强度,耐用性和可伸缩性的组合,Wang等人。提出了一个双层PDMS/纳米,用于有效的被动白天辐射冷却[11]。与三维(3D)印刷技术集成在一起,Park等。Kim等。Kim等。合成的3D可打印的空心二氧化硅纳米颗粒用于亚镜头白天辐射冷却[12]。实验证明了基于聚丙烯硝基的纳米纤维(Nanopan)聚合热散热器[13]。增强的双面PV性能是通过纳米跨和金属背部反射器的波长选择性散射特性的组合获得的。Yang等人使用活跃的冷却技术突出显示适应性。提出了一种基于纳米多乙烯的Janus型辐射冷却膜,常规的辐射冷却和抑制的中红外发射,分别在顶部和底部获得[14]。Felicelli等。提出了由基于纤维素的棉纸和薄
地球表面温度≈300 K的陆地辐射集中在2.5至50 µm的波长范围内。同时,各种大气成分的综合作用,形成了8至13 µm之间的特殊大气窗口,该窗口高度透明。因此,大多数陆地区域可以通过透明的大气窗口有效地将热量辐射到寒冷的宇宙中,以维持相对稳定的温度。为此,辐射冷却器应在透明大气窗口(8–13 µm)内具有高的发射率,在该区域是透明的,并允许红外光通过。在这方面,过去几十年来人们设计了各种材料和结构,并在夜间表现出良好的被动冷却性能。 [8,9] 然而,在白天,太阳会加热辐射冷却器,这严重影响了冷却效果。为了解决这个问题,冷却器应该在反射阳光以避免太阳加热的同时,向寒冷的宇宙辐射更多的热量。Fan 等人 [10] 首次设计了多层光子材料,并在阳光直射下实现了白天辐射冷却,温度低于环境温度。此后,各种材料已被证明可以实现低于环境温度的白天辐射冷却,并显示出巨大的实际应用潜力。[11–13] 之前一些综述总结了辐射冷却方面的这些发展,[14–17] 但辐射冷却的净冷却功率有限和不稳定性阻碍了其实际广泛应用。在这篇综述中,通过总结被动式白天辐射冷却 (PDRC) 的最新研究和发展,我们首先提出了 PDRC 的三个关键组成部分:1)中红外范围的光谱设计,2)增强太阳反射率的结构设计,和 3)热管理。其次,我们介绍了PDRC的各种应用,例如建筑冷却、太阳能电池冷却、水收集、服装和发电(图1)。最后,我们还讨论了PDRC的剩余挑战和机遇。
摘要:我们介绍了一种辐射冷却材料,它能够提高反照率,同时降低表面温度,特别适合用作放置在双面太阳能电池板之间的人造地被植物。将一层聚丙烯腈纳米纤维(nanoPAN)电纺丝到涂有聚合物的银镜上,可产生 99% 的总太阳反射率(反照率为 0.96)和 0.80 的热发射率。高反照率和发射率的结合是通过 nanoPAN 的分层形态引起的波长选择性散射实现的,其中包括细纤维和珠状结构。在户外测试中,该材料的性能比最先进的控制辐射冷却功率高出约 20 W/m2,并将商用硅电池产生的光电流提高多达 6。 4 mA / cm 2 与沙子相比。这些实验验证了高反照率地被植物的基本特性,并在现场双面电池板的热和光管理中具有良好的潜在应用。
机器学习辅助设计的稳健仿生辐射冷却 - 材料 / ding,ZM; li,x; JI,QX; Zhang,YC;李,HL;张,HL; Pattelli,L; li,y; XU,HB; Zhao,JP。- in:ACS材料字母。- ISSN 2639-4979。- (2024)。[10.1021/acsmaterialslett.4C00337]
多层涂层在半导体,光学镜和能量收集技术中的应用是有希望的,并且成功。在这些中,光镜镜对于被动辐射冷却至关重要。基于在蜗牛和先前研究中观察到的多层辐射冷却系统的基础,这项研究展示了机器学习算法在优化和获得对多层结构的见解方面的效率。由于在生物学上发现的方解石壳中的低空窗口发射率的限制引起的,重点是太阳能反映对于最大程度地提高蜗牛中发现的生物学现象至关重要。在170 nm层厚度下,对方解石的定期多层设计空间的手动搜索指向20μm涂层的最大太阳能反射。为了释放这些多层的全部潜力,我们采用了基于机器学习的进化优化方法 - 一种遗传算法。对20μm涂层的优化大道涂层表明,太阳能反射的显着增强至99.8%。有趣的是,相同的平均层厚度为170 nm,可在20μM周期性和大型方解石多层中提供最大的太阳能反射。对光谱反射的研究表明,层厚度对于调整太阳能反射至关重要。对于小涂层,优先考虑具有较高太阳强度的波长。增加涂层厚度允许包含较厚的层以反映更长的波长,从而导致平均方解石层厚度的趋势增加。进一步探索辐射冷却材料的工作表明,有方解石和硫酸钡由于其折射率对比而与二氧化硅相比,阳光的反射高于二氧化硅。我们使用生物风格设计的发现和见解可以利用现代制造技术的薄涂料来提供卓越的太阳能反射。