節能降碳！輻射制冷技術新材料研究獲新進展

在全球變暖和國家“雙碳”戰略背景下，清潔能源材料與節能降碳技術具有極為重要的戰略意義。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學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相分離技術制備了一種具有3D多孔結構的介電/聚合物復合薄膜材料，實現了具有優異光譜選擇性的輻射制冷材料。相關成果發表于《材料化學雜志》（Journal of Materials Chemistry A）。

 

“輻射制冷的研究來源于自然界中生活在炎熱沙漠的銀蟻。撒哈拉銀蟻通過自身獨特的‘毛衣’，可以有效減弱環境空氣向它對流傳熱，降低體表溫度。”中國科學院蘭州化學物理研究所研究員高祥虎告訴《中國科學報》，銀蟻的銀發具有三角形截面，這種三角形截面的毛發相當于反射涂層，可將大部分太陽光反射。同時，這種毛發結構在熱輻射的紅外波段卻是高發射率的，而這個波段正好是銀蟻向外熱輻射的波段，這樣既減少了吸收太陽光的熱量，又散掉了自己身上的熱量。而聚合物復合薄膜材料就類似于銀蟻的“毛衣”，也是目前為止較為優越的輻射制冷材料。

 

高祥虎介紹，如何做到輻射制冷與太陽能吸收完全相反，一方面需要在可見光紅外線波段具有更高的反射率，另一方面要在8至13微米附近的波段有更高的吸收率。在研制過程中，團隊通過選擇在紅外大氣窗口具有振動峰的官能團來匹配相應的聚合物。至于無機介電粒子，則使用第一性原理計算來預測粒子的全光譜光學常數。以氧化鋁/聚偏氟乙烯-六氟丙烯為原材料，采用相分離方法制備了分層多孔復合薄膜材料。此外，該材料在防冰融化的測試中展現出優異的降溫效果。在～760瓦每平方米的太陽輻照度下照射2個小時，具有復合材料遮蓋的冰塊狀態沒有明顯變化，與自然狀態相比，該方法能使冰融化速率降低四倍。同時，該復合材料還具有優異機械性能和自清潔性能。經過30多天的紫外照射，該復合材料仍保持優異的光學性能。

 

據了解，該3D多孔介電/聚合物復合薄膜材料具有良好的光譜選擇性、機械強度、耐候性，結構簡單，易于制備等優點，可用于大型石油儲存罐，大型電力設備，建筑物屋頂制冷等諸多領域，在輻射制冷的規模化生產和實際應用等方面具有重要意義，在促進“碳中和”中展現出廣闊前景。