【Applied Energy 最新原创论文】日间辐射制冷的色彩设计:原理与方法

学术   2024-12-04 19:31   美国  

原文信息:

Color Design for Daytime Radiative Cooling: Fundamentals and Approaches

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924018191

Highlights

• 系统地讨论了被动式日间辐射制冷的基本原理和色彩设计的方法

 对彩色被动辐射制冷(CPRC)的代表性着色策略进行了全面综述和比较

 提出了CPRC材料设计未来有价值的发展方向

Research gap

本文总结了被动日间辐射制冷(PDRC)的基本原理,详述了不同着色机制的原理以及基于各种着色机制设计彩色辐射制冷(CPRC)材料的适用和通用的优化策略。


摘要

不断升级的全球能源危机和日益恶化的全球变暖加剧了高温带来的热威胁。传统的冷却方法,如空调,不仅需要消耗大量能量的,而且会导致环境退化。作为回应,人们对新型环保冷却技术的需求日益迫切,尤其是在全球推动碳中和的背景下。作为一种不需要任何额外功率输入的被动冷却方法,辐射冷却提供了一种有前景的解决方案,利用热辐射通过将热量直接传递到外层太空来冷却地球。然而,由于其对太阳辐射的高反射率,目前的辐射冷却材料通常表现出单调的白色外观,考虑到其在户外应用的前景,这促使了对色彩设计的需求。最近的进展促使了彩色被动辐射冷却(CPRC)材料的发展,提供了无需额外能量输入的被动冷却、丰富多彩的美学外观和简便的制备方法。本文总结了CPRC材料的最新进展,涵盖了基本原理、各种颜色设计解决方案和潜在应用。此外,还全面分析了CPRC的着色策略,包括化学、结构和发光方法,为CPRC材料在室外节能系统和热调节中的未来发展和部署提供了见解。

更多关于“辐射冷却”的研究详见:

https://www.sciencedirect.com/search?pub=Applied%20Energy&cid=271429&qs=radiative%20cooling

Abstract

The escalating global energy crisis and the worsening global warming have intensified the heat threats posed by high temperatures. Traditional cooling methods like air conditioning are not only energy-intensive but also contribute to environmental degradation. In response, there is a pressing demand for novel, eco-friendly cooling technologies, particularly amid the growing global push for carbon neutrality. As a passive cooling method that does not require any extra power input, radiative cooling offers a promising solution, utilizing thermal radiation to cool the Earth by transferring heat directly to outer space. However, current radiative cooling materials generally have a monotonous white appearance due to their high reflectivity to solar radiation, which, considering their prospects for outdoor applications, has prompted the need for color design. Recent advancements have led to the development of colored passive radiative cooling (CPRC) materials, offering passive cooling without additional energy input, colorful aesthetic appearance, and facile preparation methods. In this review, the latest progress in CPRC materials are summarized, covering fundamental principles, various color design solutions, and potential applications. Besides, the coloration strategy including chemical, structural, and luminescent approaches for CPRC are comprehensively analyzed, providing insights into the future development and deployment of CPRC materials for outdoor energy efficient systems and thermal regulation.


Keywords

Colored passive radiative cooling

Coloration strategy

Chemical color

Structural color

Luminescent color

Energy efficient

Graphics

图1 图形摘要


图2 辐射制冷工作原理示意图。(a)地球表面和外太空之间的热流示意图;(b)AM1.5太阳光谱、300 K黑体辐射光谱和8-13μm大气透明窗口;(c)选择性和非选择性辐射制冷器的工作过程示意图;理想选择性和非选择性热发射器的中红外光谱(d)和净冷却功率(e);(f)彩色辐射器的能量流动


图3 色彩空间原理。(a)颜色感知过程的示意图;(b)颜色匹配函数x(λ)、y(λ)和z(λ);(c) CIE 1931 XYZ颜色空间;(d)参考文献[61]中红色、绿色、蓝色冷却器的色域与CIE 1931颜色空间中绘制的色域sRGB的对比

团队介绍

通信作者简介:

吕建国,浙江大学材料学院硅及先进半导体材料全国重点实验室副研究员,博士生导师。浙江省杰出青年基金获得者,浙江省钱江人才、151人才。主要从事半导体电子材料的研究,包括半导体薄膜与光电子器件、纳米材料与电化学储能、功能仿生与涂层材料等,部分科研成果已实现产业化。在Chemical Society Review、Advanced Materials等国际期刊发表SCI论文200余篇,其中ESI热点论文1篇,高被引论文12篇;SCI引用11000余次,H因子55;入选中国高被引学者、全球学者库国内学者学术影响力排行榜、斯坦福大学全球前2%顶尖科学家。


第一作者简介:

余涛,浙江大学材料科学与工程学院硅及半导体先进材料国家重点实验室硕士研究生,从事日间辐射制冷材料与应用的研究。


关于Applied Energy

本期小编:蔡吉祥;审核人:朱莲峰

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