被动辐射冷却现在可以电动控制

在不断变化的气候中，将需要节能的建筑物和车辆冷却方法。林雪平大学的研究人员现在已经证明，被动辐射冷却的电调谐可用于控制材料在环境温度和气压下的温度。研究结果已发表在Cell Reports Physical Science上。

“例如，为了冷却建筑物，今天主要使用传统的空调，这需要大量的能源，并使用对环境有害的制冷剂。在被动辐射冷却的帮助下，外层空间的寒冷可以用来补充普通的交流电并降低能耗，“林雪平大学有机光子学和纳米光学小组教授兼负责人Magnus Jonsson说。

被动辐射冷却利用热能可以以红外辐射的形式离开物体。所有物体都以红外光的形式散发热量——树木、建筑物、水甚至人类。

不同类型的材料发出不同量的红外热量。这取决于材料吸收红外辐射的能力——它吸收红外热量的能力越好，材料散发热量的能力就越好。例如，普通的白色书写纸擅长吸收红外热，因此也擅长发射红外热。相比之下，金属在这方面相当糟糕，因为大部分热量都被反射了。

由于大气层能够在红外波长范围内传输光，因此温度约为-270摄氏度的外层空间的寒冷可以用来去除地球上物体的热量。由于温差，可能会有净传输出去。因此，在被动辐射冷却的帮助下，物体可以获得低于环境温度的温度。

这种效果在历史上就已经使用过，例如在温暖的气候中制冰。然而，近年来，材料科学研究对这一现象越来越感兴趣，并开发了具有高发射红外热量的能力的新材料，同时不会被太阳光线加热。

林雪平大学的研究人员现在已经证明，可以通过电调节设备通过被动辐射冷却散发热量的程度来调节设备的温度。该概念使用导电聚合物来电化学调节器件的发射率。研究结果已发表在Cell Reports Physical Science杂志上。

“你可以把它比作恒温器。目前，我们可以将温度调节0.25摄氏度。这听起来可能不多，但关键是我们已经证明可以在室温和常压下进行这种调整，“林雪平大学首席研究工程师，该研究的主要作者Debashree Banerjee说。

研究人员认为，既然他们已经证明这是可能的，那么就有可能进一步开发材料和设备。从长远来看，可以设想可以像太阳能电池一样铺设在屋顶上的系统，从而控制来自房屋的红外热辐射并在需要时冷却。该方法需要极小的能耗，造成的污染最小。其他应用领域还包括可调节的衣服和墙纸对热流的影响，并在降低能耗的同时提高室内的热舒适度。

在发表在《先进科学》杂志上的另一项研究中，同一研究小组开发了一种热电装置，该装置由相同的辐射冷却原理提供动力，并辅以太阳能加热。它基于在两种纤维素材料之间产生温差，其中一种含有炭黑以吸收太阳的热量。这些材料连接到将温差转换为电势的材料上。将设备暴露在天空中已经在中等太阳辐射下感应出60 mV的电压，但该概念甚至在夜间有效，因为这两种木质材料被设计为具有不同的散热能力。

“我们不仅使用太阳，还使用外层空间作为能源，”该小组的博士生，《先进科学》文章的主要作者Mingna Liao说。

为了对这两项研究进行受控测量，研究人员建立了一个天空模拟器。通过这种方式，测量不会像在户外那样受到环境变化的影响。天空模拟器由一根带有铝涂层侧面的管子组成，可以反射辐射。放置在底部的容器包含一种吸收热辐射的材料，并用液氮冷却以模拟外层空间的寒冷。