光子辐射制冷

利用微纳光子学实现可持续的被动热管理

背景简介

辐射制冷技术利用地球大气的红外透明窗口(8-13微米),将热量以电磁波的形式直接散发到极寒的太空中,且在此过程中不消耗任何能量。通过对光子结构的纳米级形貌和材料组成进行精细调控,我们能够在实现中红外波段接近完美的热发射率的同时,最大化对太阳光的反射率。这使得材料表面即使在阳光直射下也能被动降温至环境温度以下。

本研究方向探索热辐射物理学与微纳光子学的交叉领域。我们致力于设计、制造并表征能够精准操控光与热流动的先进光子材料,为应对全球日益增长的可持续温度调节需求,提供可扩展的零能耗制冷方案。

研究意义与潜在应用

被动辐射制冷是一项具有颠覆性的技术,能够有效缓解全球变暖并大幅降低传统主动制冷系统带来的巨大能源消耗。其应用极具通用性,既涵盖大型基础设施(如建筑、数据中心和太阳能电池板)的节能降温,也能显著提升高热流密度的紧凑型个人电子产品的热稳定性与运行性能。

研究焦点

  • 室外日间制冷:设计并制备高性能的宽带太阳光反射器和精准的中红外发射器,以在室外阳光直射环境下实现高效、持续的深低温散热。(例如 (Wu et al., 2017)
  • 便携设备的热与美学管理:开发多功能微纳光子结构,在为紧凑型个人电子终端提供高效被动降温的同时,利用结构色产生可定制的视觉色彩,实现散热与美观装饰的高度统一。(例如 (Wu* & Chen, 2020)
用于个人便携式电子设备的辐射冷却性能。

该项目目前处于非活跃状态。我们希望在未来有进一步发展的机会。若您对此方向感兴趣,我们诚挚欢迎任何形式的合作。

相关成果

2020

  1. AdP3.png
    Broadband Radiative Cooling and Decoration for Passively Dissipated Portable Electronic Devices by Aperiodic Photonic Multilayers
    Jiaye Wu* and Yuxuan Chen
    Annalen der Physik, May 2020

2017

  1. CPB2017.jpg
    Diurnal cooling for continuous thermal sources under direct subtropical sunlight produced by quasi-cantor structure
    Jia-Ye Wu, Yuan-Zhi Gong, Pei-Ran Huang, Gen-Jun Ma, and Qiao-Feng Dai*
    Chinese Physics B, Sep 2017