Daytime passive radiative cooling by ultra emissive bio-inspired polymeric surface

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 13:09
文章英文标题
Daytime passive radiative cooling by ultra emissive bio-inspired polymeric surface
正文
摘要\n撒哈拉银蚂蚁由于独特的三角形形状的毛发,通过躺在大气层中的透明窗口,增强了太阳反射和热发射,使其体温维持在环境空气以下。将这种热调节棱镜结构应用于聚二甲基硅氧烷( PDMS ),在8 - 13μm光谱范围内具有很高的吸光度,我们提出了一种基于几何改性聚合物的日间被动辐射冷却器。利用时域有限差分法( FDTD )模拟得到的优化棱镜结构制作了选择性热辐射器。梯度折射率效应使8 ~ 13μm光谱范围内的平均发射率提高到0.98,而可见光和近红外光谱范围内的平均太阳反射率测得为0.95。据估计,净辐射冷却功率达到144 W / m2,超过以前报告的辐射冷却器的记录。最后,在香港湿热气候条件下,通过现场试验,成功地证明了在白天遮阳的高峰期,在非真空条件下,当净冷量为19.7 W / m2时,其冷却温度低于环境温度6.2℃。这是热带地区观测到的日间被动辐射降温最大的降温。我们的工作提供了一种增强被动式热辐射的替代方法,有可能促进其在环保型空间冷却领域的广泛应用。
文章内容(英文)
Abstract(#br)Saharan silver ants can maintain their body temperature below ambient air due to unique triangular shaped hairs that enhance solar reflection and thermal emission through a transparent window that lies in the atmosphere. Applying this thermoregulatory prismatic structure to polydimethylsiloxane (PDMS), highly emsissive in the 8–13 μm spectrum, we present a geometrically modified polymer-based daytime passive radiative cooler. The selective thermal emitter was fabricated based on the optimized prismatic structure from Finite Difference Time Domain (FDTD) simulations. The average emissivity within the 8–13 μm spectrum was enhanced to 0.98 by the gradient refractive index effect, while the average solar reflectivity in the visible and near-infrared spectrum was measured to be 0.95. The net radiative cooling power is estimated to reach 144 W/m 2 , exceeding records of previously reported radiative coolers. Last, in Hong Kong's hot and humid climate, a field test successfully demonstrated cooling by 6.2 °C below the temperature of ambient air corresponding to a net cooling power of 19.7 W/m 2 in a non-vacuum setup during the peak daytime with shading. This is the largest temperature reduction observed in a tropical region for daytime passive radiative cooling. Our work presents an alternative method to enhance passive thermal emission and may facilitate its world wide application in eco-friendly space cooling.
来源出处
Journal|[J]Solar Energy Materials and Solar CellsVolume 206, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110296

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