光子輻射製冷

利用微納光子學實現可持續的被動熱管理

背景簡介

輻射製冷技術利用地球大氣的紅外透明窗口(8-13微米),將熱量以電磁波的形式直接散發到極寒的太空中,且在此過程中不消耗任何能量。通過對光子結構的納米級形貌和材料組成進行精細調控,我們能夠在實現中紅外波段接近完美的熱發射率的同時,最大化對太陽光的反射率。這使得材料表面即使在陽光直射下也能被動降溫至環境溫度以下。

本研究方向探索熱輻射物理學與微納光子學的交叉領域。我們致力於設計、製造並表徵能夠精準操控光與熱流動的先進光子材料,為應對全球日益增長的可持續溫度調節需求,提供可擴展的零能耗製冷方案。

研究意義與潛在應用

被動輻射製冷是一項具有顛覆性的技術,能夠有效緩解全球變暖並大幅降低傳統主動製冷系統帶來的巨大能源消耗。其應用極具通用性,既涵蓋大型基礎設施(如建築、數據中心和太陽能電池板)的節能降溫,也能顯著提升高熱流密度的緊湊型個人電子產品的熱穩定性與運行性能。

研究焦點

  • 室外日間製冷:設計並製備高性能的寬帶太陽光反射器和精準的中紅外發射器,以在室外陽光直射環境下實現高效、持續的深低溫散熱。(例如 (Wu et al., 2017)
  • 便攜設備的熱與美學管理:開發多功能微納光子結構,在為緊湊型個人電子終端提供高效被動降溫的同時,利用結構色產生可定製的視覺色彩,實現散熱與美觀裝飾的高度統一。(例如 (Wu* & Chen, 2020)
用於個人便攜式電子設備的輻射冷卻性能。

該項目目前處於非活躍狀態。我們希望在未來有進一步發展的機會。若您對此方向感興趣,我們誠摯歡迎任何形式的合作。

相關成果

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