南开大学马儒军教授和陈永胜教授团队合作《Nat. Commun.》：可实现全年节能的温控零能耗双模式热管理器件

2022-08-22 来源：高分子科技

全球每年用于温度控制的化石能源约占总消耗的50%，大量化石能源的使用还会导致复杂的气候环境问题，如何降低用于温度控制的化石能源需求是一个巨大挑战。辐射热管理借助独特的光谱选择性，利用自然中的热源（太阳）与冷源（外太空），提供了一种零能耗的温度控制技术，近年来受到越来越多的关注。然而，一个不能回避的问题，真实世界中环境温度随空间和时间动态多变。单一模式的太阳加热或辐射制冷不能完全适应环境温度的动态变化，非预期的温度控制（例如炎热状态下的太阳加热或寒冷环境中的辐射制冷）反而可能加剧能源消耗。

图 1 双模式热管理器件的结构与光谱特征

近期，南开大学马儒军教授和陈永胜教授团队设计并实现了一种智能自切换零能耗双模式辐射热管理器件。器件同时具有两组具有高选择性的特征光谱，且加热和制冷模式下的特征光谱都与理想光谱相近，能够实现高效的辐射热管理（图 1）。同时，温敏驱动结构使得器件可通过自发感知温度变化，智能实现热管理模式的可逆切换。从热管理到模式切换，整个过程中无需额外的能量消耗，实现了全过程零能耗工作的设计目标。室外真实环境中的测试结果显示，在平均太阳辐射强度958.7 W/m²的条件下，这种双模式热管理器件具有~859.8 W/m²的平均太阳加热功率（平均光热转化效率~91%），和126.0 W/m²的平均辐射制冷功率，均与最新的单一太阳加热或辐射制冷材料性能相当。基于历史气象数据的估算结果表明，这种双模式辐射热管理器件在全球范围内都表现出良好的全年节能效果，为辐射热管理技术的实际应用提供一条可行的技术路线。

图 2 双模式器件的热管理性能

该工作以“Temperature-dependent dual-mode thermal management device with net zero energy for year-round energy saving”为题发表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 13, 4874 (2022)）。文章第一作者是南开大学助理研究员张权博士，共同第一作者为南开大学硕士生吕艺文，通讯作者为南开大学马儒军教授和陈永胜教授。研究得到国家科技部与国家自然科学基金委的支持。

该工作是团队近期关于高性能热管理器件结构设计与应用的最新进展之一。马儒军教授目前为南开大学材料科学与工程学院智能热管理实验室负责人，近年来在主动/被动制冷材料、柔性热电材料与器件、高性能柔性导热复合材料、能源转换材料与器件等多学科交叉领域取得了一系列重要的研究成果，并以通讯或第一作者发表在Science、Chemical Society Reviews、Nature Communications、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Letters、ACS nano等国际知名期刊上。实验室拥有先进的材料制备平台以及电学、热学等测试系统，并围绕国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、天津市重点基金等，展开新能源与智能热管理技术方向的研究。团队现诚招材料、化学、物理、电子等相关专业背景的博士后，欢迎有志之士将个人简历（pdf）发送至马儒军教授邮箱malab@nankai.edu.cn，邮件标题请注明：“应聘博士后+本人姓名+博士毕业院校”，对于符合要求并通过初审者，将会通知安排面试。招聘启事在岗位招满前有效。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32528-1

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（责任编辑：xu）

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