被動(dòng)輻射冷卻是一種新興的散熱技術(shù)，它可以在不消耗任何能量的情況下反射太陽輻射能量并通過大氣透明窗口有效地將熱量散發(fā)到3K宇宙空間。其在綠色建筑、航空航天、電子設(shè)備等領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的輻射冷卻材料的對(duì)太陽光的反射效果仍然具有局限性。此外，對(duì)于工作狀態(tài)的加熱設(shè)備而言，大多數(shù)具有高熱阻和低穩(wěn)定性的輻射冷卻材料難以處理器件產(chǎn)生的積累熱量以保持其冷卻性能。為了解決這些問題，理化所王樹濤、趙紫光和合作者揭示了異質(zhì)界面的多級(jí)散射機(jī)理，制備了一種級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料（HENF），其具有97.3 % 的太陽光譜反射能力和96.5% 的中紅外發(fā)射能力，在亞環(huán)境溫度條件下?lián)碛?14 W m-2的冷卻能力。同時(shí)其結(jié)合了具有熱吸收功能的相變特性實(shí)現(xiàn)了寬溫域熱適應(yīng)輻射冷卻性能，在設(shè)備加熱系統(tǒng)中提供了抗熱沖擊的能力，解決了傳統(tǒng)輻射冷卻材料應(yīng)用領(lǐng)域受限的難題，相關(guān)工作以“Cascaded Heteroporous Nanocomposites for Thermo-Adaptive Passive Radiation Cooling”發(fā)表在《Advanced Materials》上。
用于熱適應(yīng)被動(dòng)輻射冷卻的級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料
【級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能】
在這項(xiàng)研究工作中，研究者利用原位雙相聚合和空間限制蒸發(fā)相結(jié)合的方法，制備了具有級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)的熱適應(yīng)被動(dòng)冷卻納米復(fù)合材料。其由外部的有機(jī)紅外發(fā)射相（IEP）和內(nèi)部密集分布的無機(jī)太陽反射微腔（SPR）組成。在外部的紅外發(fā)射相中，大量的C-O、C-C和C-H鍵產(chǎn)生的分子鍵振動(dòng)可以在大氣透明窗口(8-13 μm)內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)發(fā)射效果。同時(shí)，具有層次折射率差異的異質(zhì)孔界面可以進(jìn)一步誘導(dǎo)入射光的多級(jí)散射效果，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的太陽光散射效果。通過將相變功能結(jié)合到輻射冷卻系統(tǒng)，HENF可以同時(shí)具有熱擴(kuò)散和熱吸收能力來應(yīng)對(duì)加熱設(shè)備在經(jīng)歷熱沖擊時(shí)的大量熱量積累。
【級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料的力學(xué)性能和適應(yīng)性】HENF的力學(xué)性質(zhì)及孔隙率可以通過前驅(qū)體微相分離比例進(jìn)行調(diào)控，其具有15.34 MPa的彈性模量和55.52 HD的表面硬度的優(yōu)異的機(jī)械性能。DSC結(jié)果顯示器在45.7 ~ 63.2℃范圍內(nèi)HENF具有相變吸熱功能，相變焓在50次加熱冷卻循環(huán)中仍然保持在93 J·g-1以上。此外，HENF還有優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，包括抗溶脹性，基底粘附力，自清潔性能以及自修復(fù)性能。【級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料的亞環(huán)境輻射冷卻性能】HENF可以實(shí)現(xiàn)97.3 % 的太陽光譜反射能力和96.5% 的中紅外發(fā)射能力，在正午環(huán)境可以降溫11.5 ℃，在亞環(huán)境溫度條件下?lián)碛?14 W m-2的冷卻能力。其輻射冷卻能力對(duì)比多種結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料具有先進(jìn)性。【級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔的增強(qiáng)輻射冷卻效應(yīng)】通過近場(chǎng)散射分布和遠(yuǎn)場(chǎng)方位角散射分析，我們從微觀到宏觀角度對(duì)比了異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)和均質(zhì)孔結(jié)構(gòu)的光學(xué)管理性質(zhì)。異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)對(duì)入射光的高效散射效率有效地增強(qiáng)了級(jí)聯(lián)增強(qiáng)效應(yīng)，進(jìn)而增強(qiáng)了HENF的輻射冷卻性能。【級(jí)聯(lián)異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)輻射冷卻材料的寬溫度范圍熱調(diào)控】HENF可以實(shí)現(xiàn)從-80 ℃ 到150 ℃ 的穩(wěn)定輻射冷卻性能，并在2000W m-2熱沖擊下實(shí)現(xiàn)了20℃的溫降效果，實(shí)現(xiàn)了HENF的熱適性輻射冷卻性能。研究者開發(fā)了一種用于熱自適應(yīng)被動(dòng)輻射冷卻的級(jí)聯(lián)異質(zhì)多孔納米復(fù)合薄膜。其表現(xiàn)出優(yōu)異的亞環(huán)境輻射冷卻性能，冷卻功率達(dá)到了114 W m-2。同時(shí)，與僅能提供有限熱散失的傳統(tǒng)輻射冷卻材料相比， HENF結(jié)合了熱散失和熱吸收以高效處理熱量積累并抵御熱沖擊。這種異質(zhì)多孔納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和功能為設(shè)計(jì)高性能輻射冷卻器提供了一種創(chuàng)新的策略，為復(fù)雜的冷卻應(yīng)用鋪平了道路。
