智能涂层实现全天候冷热能捕获利用

记者从中国科学技术大学获悉，该校工程学院教授裴钢和国家同步辐射实验室研究员邹崇文合作，提出了一种全新的能源利用方式。该方法利用太阳和空间分别作为热源和冷源，巧妙地利用光谱自适应智能涂层解决光热转换过程和辐射制冷过程的光谱冲突，实现24小时不间断地捕捉和利用冷热能量。相关研究成果近日发表在国际期刊《美国科学院院刊》上。

从热力学角度看，太阳和太空是地球能量循环的终极热源和终极冷源。光热转换通过直接利用太阳辐射获得高温热能；天空辐射制冷可以通过大气窗口将地表能量以红外辐射的形式直接发射到低温空间，获得低温冷量，从而实现远距离直接利用深空低温。然而，目前光热转换和天空辐射制冷都依赖于静态光谱选择性涂层，但这两个过程之间存在红外光谱冲突。目前，该技术是使用单一目标和单一功能。

基于此，研究团队创新性地提出利用光谱自适应控制机制对太阳热源和空间冷源进行及时解耦，突破了目前太阳热源和空间冷源单一利用的模式。研究人员开发了一种基于二氧化钒相变材料的具有光谱选择性的多层自适应涂层。涂层在白天太阳光照射下呈金属状态，涂层整体太阳吸收率为0.89，红外发射率仅为0.25，表现出光热吸收特性。在夜间无辐射条件下，涂层处于隔热状态，在大气窗口波段具有高发射率，在其他中红外波段具有低发射率，表现出辐射制冷特性。实测结果表明，该装置表面温度白天可高于环境温度170,夜晚可低于环境温度20,具有白天光热转换和夜晚辐射制冷的自适应功能。该装置可24小时运行，大大提高了冷热能捕捉的综合效率。

该研究成果为基于太阳能热源和空间冷源的能量捕获和高效利用提供了一种全新的途径。该技术可广泛应用于建筑节能、光伏制冷、热电转换、深空探测等领域。