四川
背景介绍
光-热转换和辐射制冷技术因其绿色环保的特点在户外热管理过程中受到广泛关注。但是，静态单一模式的辐射制冷或者光-热转换过程容易在寒冷环境下导致过冷或者炎热环境下导致过热；此外，相变过程潜热的吸收与释放也可以有效提升其动态热调控性能，如何对两者进行有机结合与设计，实现有效的自适应温度调节，对于降低户外动态热管理的能耗具有十分重要的意义。
成果展示
基于此，中南大学能源科学与工程学院陈梅洁副教授等人设计了一种太阳光-中红外全光谱调控耦合相变潜热的自适应动态热管理结构。受含羞草叶子的启发，通过记忆合金可以实现光谱自适应调节，潜热可以通过相变材料释放和储存，两者具有相似的临界温度以确保同时切换。具体来说，辐射冷却涂层（PDRC）涂敷在记忆合金片顶部，记忆合金片放置在光-热选择性吸收层（SSA）的顶部，底层是嵌入石蜡中的多孔石墨烯泡沫用于潜热储存或释放。当温度降低至临界温度时，由于记忆合金片卷起，下层SSA（高太阳吸收率: 0.92；低热发射率: 0.08）发挥作用，释放泡沫中的潜热，提高被动加热性能，从而实现高效被动加热，其制热效果优于纯SSA（39.9 vs. 36.9 °C）；相反，当温度升高至临界温度时，由于记忆合金片展开，顶层PDRC（高太阳反射率: 0.95；高热发射率: 0.93）发挥作用，储存泡沫中的潜热，提高被动冷却性能，从而实现高效被动冷却，其制冷效果优于纯PDRC（33.8 vs. 35.5 °C）。在冷工况最大温升可达12.7 °C，热工况最大降温可达8.3 °C。能耗计算表明将光谱调控与潜热耦合可大大提高自适应调温性能，节省动态热管理总能耗。以上研究成果以“Reversible solar heating and radiative cooling coupled with latent heat for self-adaptive thermoregulation”为题发表在《
Applied Physics Letters》上。
图1 自适应动态热管理工作示意图
图2 自适应动态热调控性能测试
该工作是团队近期关于低碳热管理技术最新进展之一。近几年，针对动态热调控，开发了基于温度响应的双层彩色辐射制冷涂层（
Solar RRL, 2023: 2300512），构筑了多层结构温敏性水凝胶涂层（
Solar Energy, 2024, 270: 112405），调控多孔结构介电环境（
Nano Letters, 2024, 24(4): 1447–1453）以及机械拉伸响应（
Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12: 17520-17528），实现了可见光、太阳光、全波段热辐射动态调控。进一步，耦合光谱调控与相变潜热（
Solar Energy Materials and Solar Cells, 2024, 278: 113173;
Applied Physics Letters, 2025, 126: 113903），实现了高效自适应动态热调控。
https://doi.org/10.1063/5.0262028
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