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中國科大團隊實現對太陽和深空24小時全天候冷熱能量捕獲和利用
發布者:admin | 來源:科技日報 吳長鋒 | 0評論 | 8054查看 | 2022-04-22 15:56:12    

近日,中國科學技術大學團隊提出(chu)了一種全(quan)新(xin)的能(neng)量(liang)利用(yong)(yong)方法(fa),可以(yi)實現24小時全(quan)天(tian)候捕獲和利用(yong)(yong)太(tai)(tai)陽(yang)與(yu)深空的冷熱能(neng)量(liang),為(wei)高效利用(yong)(yong)太(tai)(tai)陽(yang)和太(tai)(tai)空能(neng)量(liang)提供(gong)了新(xin)途徑。



據(ju)悉,該校(xiao)工程(cheng)(cheng)學院(yuan)裴(pei)剛(gang)教授(shou)與(yu)國(guo)家同(tong)步輻(fu)射實驗室(shi)鄒(zou)崇文研究員團隊合(he)作,提(ti)出了一種全新的(de)能(neng)量(liang)利(li)(li)用方法,該方法分別以太陽和(he)太空為熱(re)源和(he)冷源,巧妙(miao)利(li)(li)用光(guang)(guang)譜自(zi)適應智能(neng)涂(tu)層(ceng)來解決光(guang)(guang)熱(re)轉換過程(cheng)(cheng)和(he)輻(fu)射制冷過程(cheng)(cheng)的(de)光(guang)(guang)譜沖突(tu),實現24小(xiao)時全天候的(de)冷熱(re)能(neng)量(liang)捕獲和(he)利(li)(li)用。相關(guan)研究成果于2022年4月19日(ri)發(fa)表在國(guo)際(ji)期刊(kan)《美國(guo)科學院(yuan)院(yuan)刊(kan)》上。


從(cong)熱(re)(re)力學的角(jiao)度來(lai)看,太陽和太空是地(di)球能量(liang)(liang)循(xun)環的終極熱(re)(re)源和終極冷源。光(guang)熱(re)(re)轉(zhuan)換(huan)通(tong)過對(dui)太陽輻(fu)射(she)直(zhi)接(jie)利用(yong)(yong),獲得高溫(wen)(wen)熱(re)(re)能;而天空輻(fu)射(she)制冷可以將地(di)表能量(liang)(liang)以紅外(wai)輻(fu)射(she)形式(shi)通(tong)過大氣窗口直(zhi)接(jie)發(fa)射(she)至低溫(wen)(wen)太空,獲得低溫(wen)(wen)冷量(liang)(liang),實(shi)現對(dui)深空低溫(wen)(wen)的超遠距(ju)直(zhi)接(jie)利用(yong)(yong)。然而,目前的光(guang)熱(re)(re)轉(zhuan)換(huan)和天空輻(fu)射(she)制冷都(dou)依賴于靜態的光(guang)譜(pu)選擇(ze)性(xing)涂層,但兩種過程存在紅外(wai)光(guang)譜(pu)沖突(tu),目前技術都(dou)是對(dui)單一(yi)(yi)目標(biao)、單一(yi)(yi)功能的利用(yong)(yong)。


基于(yu)此(ci),研(yan)究團隊(dui)創新(xin)性(xing)提出利(li)用光(guang)譜(pu)(pu)自(zi)適(shi)應調控機(ji)制(zhi)對太(tai)陽(yang)熱源(yuan)和(he)太(tai)空(kong)冷(leng)源(yuan)進(jin)行時間(jian)(jian)解耦,突破目(mu)前對太(tai)陽(yang)熱源(yuan)和(he)太(tai)空(kong)冷(leng)源(yuan)的(de)(de)單一利(li)用方式。科研(yan)人(ren)員(yuan)研(yan)制(zhi)了一種基于(yu)二(er)氧(yang)化釩相(xiang)變(bian)材料的(de)(de)多層(ceng)(ceng)膜(mo)光(guang)譜(pu)(pu)選(xuan)擇性(xing)自(zi)適(shi)應涂層(ceng)(ceng),該涂層(ceng)(ceng)在(zai)白天太(tai)陽(yang)輻照(zhao)下處于(yu)金屬態(tai)(tai),整體(ti)涂層(ceng)(ceng)太(tai)陽(yang)吸收率為(wei)0.89,紅外發(fa)射率僅為(wei)0.25,表(biao)現(xian)為(wei)光(guang)熱吸收特(te)性(xing);在(zai)夜間(jian)(jian)無輻照(zhao)條件下,處于(yu)絕緣態(tai)(tai),涂層(ceng)(ceng)在(zai)大氣窗口(kou)波(bo)段具有高的(de)(de)發(fa)射率,在(zai)其余中紅外波(bo)段具有低的(de)(de)發(fa)射率,表(biao)現(xian)為(wei)輻射制(zhi)冷(leng)特(te)性(xing)。



實測結(jie)果表明,該器件表面溫度(du)在(zai)白天可以(yi)比(bi)環境(jing)溫度(du)高170℃,在(zai)夜間(jian)可以(yi)比(bi)環境(jing)溫度(du)低20℃,具有白天光熱轉換、夜間(jian)輻(fu)射制冷的(de)自適應功能。器件可以(yi)24小時全(quan)天候(hou)運行,極大(da)提升(sheng)冷熱能量捕獲的(de)綜合效率。


這一(yi)研究結果為(wei)基于太陽熱源和太空(kong)冷源的能量捕獲和高效利用(yong)提供了一(yi)種全新的途徑(jing),該技術可以廣泛(fan)應用(yong)于建筑節(jie)能、光伏冷卻、熱電(dian)轉換以及深空(kong)探(tan)索等領域。

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