2024年9月21日晚上七点，第21期热辐射研究生学术论坛以线上会议的形式顺利召开。会议由日本东北大学刘圳老师主持，哈尔滨工业大学梁华旭、苏州大学曹邵文和哥伦比亚大学程麒龙三名同学依次进行学术报告，并由香港理工大学吕琳老师和北京航空航天大学张瑾老师对报告做出点评。
会议伊始，梁华旭同学报告了仿生热致变色微图案水凝胶的相关内容。热致变色水凝胶通过温度（热）刺激来调控其透射特性，在高温条件下表现可见光隐身(VLS)的能力。然而，在响应过程中，需要被热致变色水凝胶隐藏的敏感信息可能被泄露，这显示其无法满足军用（隐身伪装）和民用（隐私保护）的快速隐身需求。借鉴鱿鱼皮肤的变色机理，提出了一种仿生微图案热致变色水凝胶（MTH）。这种MTH利用热致相态转变和力致形态转变的耦合效应，构建了一种新的光谱特性调控机制。在高温（热应力）的刺激下，其内部分子链间聚集，导致水凝胶从无色透明状态转变为白色不透明状态。另一方面，在压力刺激下，MTH的表面形貌会发生可逆形态转变，使得MTH可以在可见光直接透射和漫透射之间任意切换。这种压力调控MTH的光谱特性的机制，赋予MTH快速VLS能力。制备出的MTH在军、民、农等领域具有一定的应用潜力。当其作为智能窗用于建筑节能时，相比于热致变色水凝胶智能窗而言，MTH智能窗不仅具有节能的作用，而且还可以保护隐私。此外，相关实验证实了MTH可满足军事装备快速VLS的需求。
随后，曹邵文同学汇报了太阳能热光伏系统性能综合分析及辐射器优化设计的相关内容。太阳能热光伏系统（Solar Thermophotovoltaic，简称STPV）因具备无噪音运行、功率密度大且低维护成本的特点而受到广泛关注。辐射器是系统能量转化的关键部件之一，须具备光谱选择性特性以匹配TPV电池。目前，大多数关于辐射器的研究集中在微纳尺度下优化其光谱选择性。然而，仅凭辐射器部件的光谱性能，难以全面评估整个STPV系统的优劣。此外，传统平板型吸收/辐射器结构难以在保持温度均一性的前提下，解决吸收/辐射器对太阳能的反射及再发射问题。为此，本工作首先建立STPV系统能量传输模型，深入分析系统的能量损失，特别考虑了散热装置的自耗能损失，分析比较了Si、GaSb和InGaAs电池采用不同光谱调控配置在理想及实际工况下的性能表现。考虑电池热化损失时，理想光谱调控并不始终优于实际光谱调控，辐射器光谱性能需要根据实际系统的电池及散热装置进行微调。聚光比高于648时，Si电池系统在理想光谱调控的系统效率低于实际光谱特性的系统效率。为使辐射器具备高效的调控效率，本工作提出一种一维和二维光子晶体结合的复合结构辐射器，该辐射器可通过调整腔半径、深度、周期、使用电介质填充阵列腔等多种方式对光谱发射进行调控，辐射器发射截止波长随深度和半径增大而增大，随周期增大而减小，阵列腔填充Al2O3介质后，其发射截止波长达到2.1 μm比未填充时拓宽19.0 %。最后，本工作提出一种新型腔式辐射器结构以改善平板型辐射器反射及自发射问题。结果表明，腔式辐射器与传统柱状及平板型辐射器相比温度均一性分别高8 %和3 %，辐射器效率分别高约15 %和40 %。当腔式辐射器系统采用上述复合结构辐射器及InGaAsSb电池时，腔式辐射器系统效率从5.2 %上升到了13.1 %。
最后，程麒龙同学对非对称发射率实现最佳辐射制冷墙进行了汇报。随着气候逐渐变暖，全球建筑的制冷需求正在迅速增加。辐射冷却作为一种无需电力的制冷方法，可用于减少建筑物的能耗，引起广泛关注。尽管各种辐射制冷设计已成功应用于建筑屋顶，但它们并不适用于建筑墙壁。在夏天，墙面既要面对寒冷的天空，又要面对炎热的地面，因此需要额外考虑墙面与地面的辐射换热。传统墙面具有高红外发射率，会从地面接收大量热量，不能达到辐射制冷效果。拥有低发射率的墙面，可以反射来自地面的热辐射，但同时也抛弃了面向天空的制冷效果。为了同时反射地面热辐射并保留天空辐射制冷，本研究提出了一种可扩展的锯齿形墙，通过其上下表面的非对称发射率，实现墙面的最佳辐射制冷效果。这种非对称性使得与涂有辐射制冷材料的传统墙面相比，日均温度下降了2.3 °C。当地面温度约为56 °C时，温度下降达到3.1 °C，对应的冷却功率为67 W/m²。此外，基于建筑的能耗模拟分析了这种锯齿墙在不同气候条件下的节能效果。还讨论了当前的局限性和未来的改进方向。这种锯齿形辐射制冷墙为节能建筑提供了一种新的被动解决方案。
会议期间，学生们积极踊跃地发言，勇敢地提出自己的想法和建议。老师们也认真地分享知识，互相启迪。思维的火花在碰撞中迸发，为科研注入了新的力量。与以往单调乏味的学术汇报不同，线上学术交流的方式让学生们更加坦诚直率，没有了局促不安的感觉，他们大胆地展现自己的创新思维，与老师们近距离交流，让大家的视野不再局限于个人，产生了更多的启迪和想法。
在热烈的讨论中，本次论坛圆满结束。会议期间，大家积极发言的言论令人难以忘怀，而良师们的点评更是给人留下深刻的印象。这种跨越距离的学术交流活动汇聚了科研学子们，让大家深深感受到了我国青年学子们勤勉好学的科研热情以及老师们孜孜不倦的育人精神，令人获益匪浅。此次会议聚焦热能转换，热系统管理等工程热物理领域的关键科学问题，深入探讨热辐射领域的学术前沿及技术应用，对促进能源高效利用，催生新技术和新模式具有重要意义。
2024年第10期热辐射研究生学术论坛也在筹备当中，欢迎感兴趣的学生报名参加！
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