上海理工在被动辐射制冷领域取得重要进展

近日，顾敏院士领导的光子芯片研究院能源光子学创新团队张轶楠特聘教授、王彤特聘副研究员联合复旦大学报道了一种低成本、可扩展的自适应辐射制冷薄膜涂层，该工作实现了辐射制冷和太阳加热涂层的温度感知智能切换和大规模制备，将在全年建筑物节能方面具有非常高的优越性，同时在人工智能、光电子芯片、大数据中心的制冷方面将发挥重要价值。该研究成果以《一种用于自适应被动辐射冷却和加热的可扩展水性无二氧化钛热变色涂层》（Scalable and waterborne titanium-dioxide-free thermochromic coatings for self-adaptive passive radiative cooling and heating） 为题发表在《细胞》（Cell）子刊《细胞•物理科学报告》（Cell Reports Physical Science）上。光子芯片研究院特聘副研究员王彤和特聘教授张轶楠为该论文的共同第一作者。

辐射制冷作为一种利用热辐射将物体的热量通过大气透明窗口传输到宇宙的新技术，具有零能耗、零污染等优势，在建筑物、车辆、芯片、太阳能电池、衣物等方面发挥着重要作用。但迄今为止所报道的大部分辐射制冷材料无法感知外界环境温度的变化并自主做出相应的热调控行为，反而在寒冷的天气进行不必要的降温，徒增采暖成本，影响了该类材料的实际应用。针对这一问题，上海理工大学光子芯片研究院和复旦大学合作开发了一种可扩展的聚合物/空心玻璃微珠/感温变色微胶囊复合薄膜涂层，首次实现了自适应辐射制冷和太阳能加热集成材料的大规模制备，避免了传统辐射制冷材料的无效降温，让房屋在夏天保持凉爽，冬天保持温暖（图1）。测试结果表明，在夜间，复合薄膜涂层可降温~ 7.8 °C；在正午太阳光直射下，其仍可降温~ 7.1 °C。随着感温变色微胶囊的引入，热变色复合薄膜/涂层可随着环境温度的变化在超白和彩色之间自由切换，并有效调控对可见光的吸收和反射，实现了夏天辐射制冷和动态太阳能制热的灵活转变（ΔT cooling-heating = 9.5 °C）。类似一台无需天然气和电力、无排放的空调和暖气一体机，有望为现代化节能建筑的发展提供切实可行的解决方案。

图1. 自适应辐射制冷和太阳能加热薄膜涂层的设计及其在建筑物上的应用

论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2666386422000492