01
背景介绍
碳排放的增长加剧了温室效应，导致全球气温比工业化前上升并在世界范围内造成了许多极端天气事件。在此背景下，被动式冷却因其环境友好的特点引起了研究人员的关注。被动冷却是一种在没有任何外部电源的情况下对空间进行冷却的方法；相反，冷却是通过管理内外空间之间的热交换来实现的。例如，可以通过降低近红外（NIR, 780 - 2100 nm）光谱范围内的太阳辐射来实现被动冷却窗，从而引起加热，增加从内部空间到外部空间的热流扩散速率以进行冷却，同时保持可见光（VIS, 400 - 780 nm）范围内的高透射率以进行采光。一般来说，被动冷却的散热控制是通过辐射冷却来实现的，辐射冷却是通过大气透明窗（8 ~ 13 μm）直接向太空发射热量（~ 3k）来实现冷却的。至于控制太阳辐射（即太阳防护），通常是通过改变太阳光的反射率或吸收率来实现的。许多研究已经证明了反射型辐射冷却使用非均匀膜，如纳米颗粒混合膜或多孔膜。然而，反射太阳辐射的整个光谱范围使它们在需要采光的应用中具有挑战性，例如被动冷却窗。为了平衡采光和冷却性能，提出了具有各种纳米光子结构的反射型辐射冷却膜，如多层，毛状光子结构，和光栅结构，23−27，以实现被动冷却窗口。然而，这些结构所要求的高精度限制了它们的广泛生产和应用。另一方面，吸收型辐射冷却也被实验证明用于被动冷却，但实现可大规模生产的透明被动冷却窗口仍然是一项具有挑战性的任务。
在这项工作中，我们提出并展示了一种透明的被动冷却膜，它可以使用大规模生产的卷对卷技术制造。Cs0.33WO3 （CWO）纳米粒子-混合聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜的可见光透过率为40%，近红外吸收率为80%，辐射冷却的中红外（MIR）发射率为93%。与参考样品相比，在太阳辐照度为~ 900 W/m2的情况下，使用被动冷却膜的吸收室和汽车的温度分别降低了8.4°C和7.8°C。此外，该薄膜具有优异的柔韧性，因此可以很容易地应用于曲面；因此，它将有利于各种应用，如汽车和建筑窗户。
在这里，我们将我们的被动冷却膜的性能与表1中的其他现有作品和商业膜进行比较，并通过计算各自的平均可见光透过率（TVIS），近红外透过率（TNIR）和MIR吸收率（AMIR）来进行定量比较。大多数现有的商用隔热膜缺乏辐射冷却能力，而那些具有辐射冷却功能的隔热膜往往要么反射要么透射太阳辐射的整个光谱范围，从而限制了它们在需要采光和冷却的应用中的有效性。
02
成果掠影
近日，浙江大学钱浩亮、李世龙、陈红胜团队联合提出了一种可批量生产的透明柔性被动冷却膜，它相对容易加工，成本低，满足上述所有要求。该薄膜由聚甲基丙烯酸甲酯与Cs0.33WO3纳米粒子混合而成，在近红外光谱中具有80%的高吸收率，用于阻挡太阳辐射穿透，在MIR中具有93%的高发射率，用于辐射冷却，在VIS中具有40%的合理透射率。在太阳强度为~ 900 W/m2的情况下，与吸收室和汽车条件下未涂覆的窗户相比，涂覆薄膜的窗户最大温度分别降低了8.4°C和7.8°C。这种可批量生产的透明柔性被动式冷却膜在大型窗户中有很好的应用前景，例如汽车和建筑物中使用的窗户，这些窗户对采光和冷却都有很高的要求研究成果以“Mass-Producible Transparent Flexible Passive-Cooling Film”为题发表在《ACS Applied Materials&Interfaces》期刊。
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图文导读
图1 透明柔性被动冷却膜的材料结构和光谱响应。
图2 吸收室被动冷却试验结果。
图3 吸收室被动冷却试验的仿真验证。
图4 汽车被动冷却试验结果
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