使用辐射冷却和激光诱导石墨烯加热的双模式全年高效热管理

1成果简介

　　快速城市化显著增加了建筑能耗，其中热管理系统是主要驱动因素。本文，中南大学银恺 教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Dual-mode year-round efficient thermal management using radiative cooling and laser-induced graphene heating”的论文，研究提出一种双模式热管理材料——即Janus混合功能热管理材料（J-HFTMM）以应对这一挑战。该材料将堆叠中空玻璃微球（HHGM）构成的辐射冷却层与飞秒激光诱导石墨烯（FLIG）构成的电热加热层相结合。

　　该创新材料无需机械翻转或相变即可无缝切换冷暖模式。电热效应可通过调节施加电压实现精准调控：HHGM层展现95%的中红外发射率与90.2%的太阳反射率，FLIG层则实现66Ω/sq的超低面电阻。户外测试表明，在夏季炎热、冬季寒冷的城市实际环境中，J-HFTMM制冷时可降低7.6℃，加热时可升温37.8℃。模拟数据显示其年节能潜力达209.5兆焦耳/平方米。这种双模材料为可持续建筑热管理提供了前景广阔的解决方案，可在不同气候区域实现显著节能效益，且无需复杂机械组件。

2图文导读

图1.J-HFTMM在双模热管理中的制备与应用.

图2.HHGM层和FLIG层的结构和表征。

图3.J-HFTMM辐射冷却性能试验.

图4.J-HFTMM的电加热性能。

图5.J-HFTMM的能耗计算。

3小结

　　本研究提出了一种新型双模热管理材料J-HFTMM，其可在无需机械翻转或相变的情况下高效切换制冷与制热模式。该材料在制冷与制热应用中均表现出卓越性能，在户外测试中实现降温7.6℃与升温37.8℃的效果。通过调节施加电压可精确控制电热效应，在10V电压下最高升温达169.2℃。模拟结果揭示该材料具有显著节能潜力，尤其适用于气候条件多变的地区。在夏热冬冷的城市中，J-HFTMM材料年节能潜力达209.5兆焦耳/平方米。其强劲的红外辐射率（95%）与太阳反射率（90.2%）共同保障高效制冷性能，而LIG层则确保电热加热的高效性。这种双模材料为建筑热管理提供了经济高效的节能解决方案，在不同地区和气候条件下具有大规模应用的巨大潜力。其适应性强且不含机械部件的特性，使其成为未来可持续建筑应用的理想选择。

　　文献：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168794

来源：材料分析与应用