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校友杨荣贵教授团队发明可实现日间高效辐射制冷的新型复合超材料
发布时间:2017-02-18 10:11:58 点击量:3370

辐射制冷技术是利用红外辐射将热源热量透过红外辐射的大气窗口向外太空冷源传递的一种新型制冷技术。传统的制冷技术通常需要消耗能源和资源来带走热量,而辐射制冷技术是利用地球自然制冷方式的被动强化。地球每天从太阳吸收的200 petawatts的能量最终都是以辐射方式向超低温(-270 )的太空输送以达到保持地球的生命温度。 开发高效辐射制冷这种技术绿色环保,节能低碳,对减缓地球变暖趋势具有重要的作用,引起了国际学术界、商界和广大民众的广泛关注。



辐射制冷超材料的微观结构图


近日,美国科罗拉多大学博德分校的杨荣贵(Ronggui Yang)教授和尹晓波(Xiaobo Yin)教授团队发明了一种新型复合超材料。这种新型超材料是由许多直径在8微米左右的二氧化硅微球随机地镶嵌在聚甲基戊烯中制成的50微米厚的薄膜。这种材料可以以红外电磁波的形式向外辐射能量从而达到制冷的效果。而且这种材料的发射频道是8-14微米波长段,在这个波长段的红外发射率高达0.93,接近理想黑体。这个波长段是红外辐射的大气窗口,对这个波长段的能量,地球的大气层几乎没有任何阻力。也就是说,这些被发射的热量几乎不被大气层通过反射、吸收和散射等方式“转换消化”掉,而是直接穿过大气层,进入外太空。形象地说,这种材料是人类所居住的室温环境和外太空极冷环境的能量输送通道。如果在材料的背面再镀一层200nm厚的铝膜,可以提供高达96%的太阳能反射率,进一步提高制冷效果。实验显示,这种材料在中午阳光直射下具有最高可达93W/平米的辐射制冷功率,可让与它接触的物体降温10-16 ℃。更重要的是,杨教授和尹教授的材料制备方法简单易行,成本低廉。目前已经在实验室制作出了成型的材料生产线,可以以5/分钟的速率对300毫米宽的材料进行产出。

杨荣贵教授是我校校友,曾于1992-1996年就读于西安交通大学能源与动力工程学院热能工程专业,获学士学位,目前是热流科学与工程教育部重点实验室111引智项目的海外骨干专家。

这项发明以Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling为题发表在国际顶级学术杂志《Science》上。相关成果得到了包括著名财经周刊美国《福布斯》杂志和英国《经济学人》杂志,大气频道,《科学美国人》,《科学》,《研发杂志》在内的全球众多媒体的报道。


论文链接:http://science.sciencemag.org/content/early/2017/02/08/science.aai7899


杨荣贵教授实验室新型辐射制冷超材料生产线

 

 

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