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近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)與材料實驗室低碳能源材料組高祥虎研究員團隊，通過熱誘導(dǎo)相分離技術(shù)制備了一種具有3D多孔結(jié)構(gòu)的介電/聚合物復(fù)合薄膜材料，實現(xiàn)了具有優(yōu)異光譜選擇性的輻射制冷材料。相關(guān)研究成果以“Polymer composites with hierarchical architecture and dielectric particles for efficient daytime subambient radiative cooling”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。

時至目前，我國已經(jīng)擁有家用空調(diào)上億臺，商業(yè)空調(diào)120多萬臺，空調(diào)能耗占全國耗電量的15%，在夏季用電的高峰期，空調(diào)用電量甚至能夠達(dá)到城鎮(zhèn)總用電量的40%。近年來，在全球氣候變暖和國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，研究開發(fā)制冷降溫的新方法、新技術(shù)，乃至研究新的清潔能源材料與節(jié)能降碳技術(shù)具有極為重要的戰(zhàn)略意義。

傳統(tǒng)降溫方法(如空調(diào)系統(tǒng)等)能源消耗大，導(dǎo)致溫室氣體排放顯著提升，嚴(yán)重阻礙“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。輻射制冷作為一種零能耗、零污染的制冷技術(shù)，為可持續(xù)碳中和提供了新的機會。該技術(shù)利用寬光譜選擇性精準(zhǔn)調(diào)控，通過針對性優(yōu)化光學(xué)結(jié)構(gòu)滿足多場景制冷需求，最終實現(xiàn)可持續(xù)無源制冷目標(biāo)。

研究發(fā)現(xiàn)的復(fù)合薄膜材料內(nèi)部具有隨機分散的氧化鋁粒子和分層無序的微納孔隙，合理的層次結(jié)構(gòu)和功能成分有效提高了材料的光譜性能(太陽輻射波段反射率98.26%、大氣窗口波段發(fā)射率97.56%)。在夏季日間太陽直射下，可實現(xiàn)低于環(huán)境溫度～9.1°C的降溫效果和～87.2 W/m2的冷卻功率。在微觀光學(xué)機理方面，基于Mie散射理論建立模型對介電粒子及材料-空氣界面電場分布進(jìn)行仿真模擬。

除此之外，該材料還在防冰融化的測試中展現(xiàn)出優(yōu)異的降溫效果。在～760 W/m2的太陽輻照度下照射2個小時，具有復(fù)合材料遮蓋的冰塊狀態(tài)沒有明顯變化，與自然狀態(tài)相比，該方法能使冰融化速率降低四倍。同時，該復(fù)合材料還具有優(yōu)異機械性能和自清潔性能。經(jīng)過30多天的紫外照射，該復(fù)合材料仍保持優(yōu)異的光學(xué)性能。

該3D多孔介電/聚合物復(fù)合薄膜材料具有良好的光譜選擇性、機械強度、耐候性，結(jié)構(gòu)簡單，易于制備等優(yōu)點，在輻射制冷的規(guī)?；a(chǎn)和實際應(yīng)用等方面具有重要意義，在促進(jìn)“碳中和”中展現(xiàn)出廣闊前景。同時，該項工作得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、甘肅省科技重大專項和蘭州化物所“十四五”規(guī)劃重大突破項目的支持。

(資料來源：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所)

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