Исследователи из Пекинского технологического института презентовали инновационное температурно-адаптивное устройство для радиационного охлаждения, способное динамически корректировать свои охлаждающие свойства в зависимости от температуры окружающей среды. Эта технология имеет значительный потенциал для оптимизации энергопотребления и продвижения устойчивых методов управления тепловым режимом.
На фоне растущего мирового энергетического кризиса и ускоряющегося изменения климата поиск устойчивых энергорешений становится всё более актуальным. Одним из многообещающих направлений является пассивное радиационное охлаждение, позволяющее объектам излучать тепло и охлаждаться без дополнительного энергопотребления.
Материалы для радиационного охлаждения должны обладать высокой отражательной и излучательной способностью. Много материалов для этой цели уже разработано, но большинство из них имеют статическую излучательную способность. Это означает, что при низкой температуре окружающей среды такие материалы продолжают интенсивно охлаждать, что ведет к «переохлаждению» и увеличению энергозатрат на отопление. В этом контексте термохромные материалы с фазовым переходом являются идеальными кандидатами для динамического радиационного охлаждения, так как не требуют дополнительного питания, схем или подвижных частей.
Новое устройство, названное Temperature-Adaptive Metasurface Radiative Cooling Device (ATMRD), использует диоксид ванадия (VO2), который способен «переключаться» между различными состояниями теплового излучения. Метаповерхность устройства состоит из периодического массива блоков VO2, что позволяет оптимально сочетать высокую излучательную способность с низким поглощением солнечного света.
По словам профессора Цзинбо Ли, ведущего исследователя: «Сочетая термоадаптивную метаповерхность с диоксидом ванадия, мы значительно увеличили эффективность технологий радиационного охлаждения. Наше устройство не только снижает поглощение солнечной энергии, но и улучшает теплоизлучательные свойства, что решает проблему переохлаждения».
Новое устройство демонстрирует значительные улучшения по сравнению с предыдущими моделями. Его коэффициент поглощения солнечной энергии составляет всего 27,71%, что на 7,54% ниже по сравнению с прежними версиями. При этом его коэффициент излучения достигает 0,85 при высокой температуре, что на 13,3% выше. Способность модулировать коэффициент излучения у нового устройства на 20% лучше, чем у предыдущих моделей, что делает его более эффективным для управления температурой.
Исследование также показывает, как геометрические параметры метаповерхности влияют на её эффективность и раскрывает механизмы улучшения теплового излучения за счёт множественных резонансов, возбуждаемых структурой. Эти результаты предоставляют ценные теоретические и практические данные для проектирования инновационных функциональных устройств на основе метаповерхности VO2, которые могут существенно изменить подходы к терморегулированию и использованию возобновляемой энергии.
Подводя итоги, разработка подчеркивает потенциал современных материалов и методов проектирования для совершенствования технологий радиационного охлаждения, способных привести к созданию более эффективных решений для управления тепловым режимом и стимулировать дальнейшее снижение энергопотребления.
Источник: iXBT
