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背景介绍
开发低碳被动式热管理技术对降低传统热管理系统能耗、欠发达地区经济与环境成本具有重要意义。基于光-热与辐射制冷技术可有效利用地球所处宇宙空间的太阳“热能”与太空“冷能”，从而提供一种绿色低碳的被动式热管理方案，特别是在偏远贫困地区。然而，在实际生产与应用过程中，各种因素严重阻碍了这些技术的商业可行性，例如：涂层耐候性、性能测试标准、动态调控性能、可控大规模制备等。基于此，本文主要基于光-热和辐射制冷技术被动式热管理的当前挑战与发展方向，弥补实验室创新与实际应用之间的差距，以期能够促进被动式热管理涂层技术的发展与应用。具体来说，首先讨论了光-热与辐射制冷涂层的适应性问题，主要考虑其气候适应性、热舒适性和定向调控等需求。其次，针对单一模式的过热与过冷问题，讨论制冷与制热模式之间切换调控的可行性以及其实际应用开发过程中存在的难点与问题。此外，针对被动式热管理涂层性能评估标准化，提出了具体必要参数与建议，以便更好促进该技术的发展。最后，在实际应用层面上，简要概述了被动式热管理涂料以及涂层的大规模生产策略与挑战。为了实现其可持续发展与利用，如何有效平衡涂层的抗老化与热管理性能对涂层结构设计与材料制备是未来发展的重点，发展低能耗与全波段动态自适应调控技术对降低总热管理能耗具有十分重要的意义，建立标准与通用的评估方法来表征被动式热管理涂层性能可有效促进其发展，开发可扩展的量产策略可有效推动其在实际场景中大规模应用。研究成果以“Challenges and Opportunities for Passive Environmental Temperature Regulation”为题发表在期刊Advanced Energy Materials (IF=24.4)上，论文第一作者为郭娜，通讯作者为中南大学陈梅洁副教授与美国布朗大学Shi Changmin博士。
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该工作是团队近期关于低碳热管理技术最新进展之一。近几年，在光-热领域，基于脱合金技术（ACS Applied Energy Materials, 2019, 2(9): 6551-6557）、电镀（Applied Physics Letters, 2013, 122(6): 063301）、原位氧化（ACS Applied Energy Materials, 2023, 6(21): 10943–10950）实现了易拓展与高温稳定的光-热选择性吸收涂层，拓展了其在光-热蒸发淡水收集（Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12: 9574-9583）、光-热除\防冰（Small, 2024: 2312226）领域的应用。在辐射制冷领域，基于光谱辐射特性调控，厘清了微球-聚合物体系辐射制冷性能调控规律（Nano Letters, 2021 21(3), 1412–1418; Advanced Functional Materials, 2021, 31(19): 2010334），开发了耐候性超薄辐射制冷技术（Journal of Energy Chemistry, 2024, 90: 176-182）、透明辐射制冷玻璃（ACS Applied Materials & Interfaces, 2023, 15(3): 4122–4131）。在此基础上，针对动态热调控，开发了基于温度响应的双层彩色辐射制冷涂层（Solar RRL, 2023: 2300512），构筑了多层结构温敏性水凝胶涂层（Solar Energy, 2024, 270: 112405），耦合介电环境与多孔结构（Nano Letters, 2024, 24(4): 1447–1453）、以及机械变形（doi.org/10.1039/D4TA03388D），实现了可见光、太阳光、全波段热辐射动态调控。引用格式：N. Guo, C. Shi*, N. Warren, E. A. Sprague-Klein, B. W. Sheldon, H. Yan, M. Chen*. Adv. Energy Mater. 2024, 2401776. https://doi.org/10.1002/aenm.202401776
