论文信息：
Bin Li, Jiaqi Hu, Changhao Chen, Hengren Hu, Yetao Zhong, Ruichen Song, Boyu Cao, Yunqi Peng, Xusheng Xia, Kai Chen and Zhilin Xia, Theoretical study of a highly fault-tolerant and scalable adaptive radiative cooler, Nanophotonics, Volume 13 Issue 5 , 101515 (2024).
论文链接：
https://doi.org/10.1515/nanoph-2023-0739
研究背景
被动辐射冷却利用大气这个“透明窗口”，将地球上物体的热量通过热辐射释放到太空中，同时仅吸收极少量的来自太空的热辐射，从而实现物体的被动辐射冷却。过去几十年来，被动辐射冷却技术得到了广泛的研究，但主要集中在夜间辐射冷却，直到2014年实现了全天候辐射冷却。此后，人们开发出了能够实现全天候辐射冷却的材料，包括聚合物薄膜、超材料、多层电介质薄膜、纤维素和纳米涂层。白天的最大辐射冷却能力已达到低于环境温度约40K，显示出巨大的应用潜力。与此同时，被动辐射冷却作为一种新的冷却技术应运而生。它可以在零能耗、零排放的条件下，将物体温度降至环境温度以下，在节能减排、环保方面具有无可比拟的优势。尽管辐射冷却技术取得了重大进展，但现有的辐射冷却系统大多被认为是“静态的”，系统的热发射率始终固定在较高的红外发射率。然而，冷却可能只是在某些情况下才是必要的。例如，建筑物在夏季需要冷却，在冬季需要供暖。如果使用的被动辐射冷却材料在冬季仍有冷却效果，则无法满足温度控制的需要，难以广泛使用。辐射材料不具备可修改的冷却能力；在高温下节省的能量将在低温下消耗。因此，迫切需要一种“自适应”辐射冷却系统。它能在高环境温度下实现辐射冷却，在低温下减少甚至关闭辐射冷却。
研究内容
图1：理想自适应辐射冷却器的辐射冷却能量流示意图和光谱图。（a）暴露在大气中的辐射冷却器的能量组成；（b）理想自适应辐射冷却器的光谱图，绿线表示低温下的发射率，红线和蓝线表示高温下两种发射器的理想发射率。黄色阴影表示标准AM1.5太阳辐射光谱分布，蓝色阴影表示大气透射光谱分布。
图2：自适应辐射冷却器和热管理示意图。（a）自适应辐射冷却器概念示意图在温度高于临界温度Tc时开启辐射冷却，在温度低于临界温度时关闭辐射冷却。（b）自适应辐射冷却器的大气窗口发射率和热管理示意图。
图7：混合层厚度对自适应辐射冷却器的影响。(a)具有不同混合层厚度的自适应辐射冷却器在大气窗口的平均发射率；(b)具有不同混合层厚度的自适应辐射冷却器的调制率（红线）；绿线表示调制率为0.8时相应的混合层厚度。
图8：垫片厚度对自适应辐射冷却器的影响。(a)具有不同垫片厚度的自适应辐射冷却器在大气窗口的平均发射率；(b)具有不同垫片厚度的自适应辐射冷却器的调制率（红线）；绿线表示调制率为0.8时相应的垫片厚度。
图9：W-VO2体积份额、混合层厚度和POE膜厚度对自适应辐射制冷器光学性能的影响。（a）W-VO2为金属状态时，W-VO2体积份额和混合层厚度变化对辐射制冷器在大气窗口波段吸收率的影响；（b）W-VO2为绝缘状态时，W-VO2体积份额和混合层厚度变化对辐射制冷器在大气窗口波段吸收率的影响；（c）W-VO2体积份额和混合层厚度变化对辐射制冷器在大气窗口波段调制率的影响；（d）W-VO2为金属状态时，混合层厚度和POE膜厚度变化对辐射制冷器在大气窗口波段吸收率的影响；(e)W-VO2处于绝缘状态时，混合层厚度和POE薄膜厚度变化对辐射冷却器在大气窗口波段吸收率的影响；(f)混合层厚度和POE薄膜厚度变化对辐射冷却器在大气窗口波段调制率的影响。
结论与展望
