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近日，中國科學技術大學團隊(dui)提(ti)出了一種全新的能量(liang)利用方法，可以實現24小時(shi)全天候(hou)捕(bu)獲和利用太陽(yang)與(yu)深(shen)空的冷(leng)熱能量(liang)，為(wei)高效利用太陽(yang)和太空能量(liang)提(ti)供了新途徑。

據悉，該校(xiao)工程學院裴剛教授(shou)與國(guo)(guo)家同(tong)步輻(fu)射(she)實驗室鄒(zou)崇文研究(jiu)員團隊合作，提出了一種全新的能(neng)量利(li)用方(fang)法，該方(fang)法分別以太陽和(he)(he)太空為熱(re)源和(he)(he)冷源，巧妙利(li)用光(guang)(guang)(guang)譜(pu)自適應智能(neng)涂層(ceng)來解決(jue)光(guang)(guang)(guang)熱(re)轉換過程和(he)(he)輻(fu)射(she)制(zhi)冷過程的光(guang)(guang)(guang)譜(pu)沖(chong)突，實現24小(xiao)時全天候的冷熱(re)能(neng)量捕獲和(he)(he)利(li)用。相(xiang)關研究(jiu)成(cheng)果于2022年4月19日(ri)發表在(zai)國(guo)(guo)際期(qi)刊《美國(guo)(guo)科學院院刊》上(shang)。

從熱(re)力(li)學(xue)的(de)(de)角度來看，太陽和太空是地球能(neng)量(liang)循環的(de)(de)終極(ji)熱(re)源和終極(ji)冷源。光(guang)熱(re)轉換通過(guo)對太陽輻射直(zhi)(zhi)接(jie)利用(yong)(yong)，獲(huo)得高溫(wen)熱(re)能(neng)；而天空輻射制冷可以將地表能(neng)量(liang)以紅(hong)外(wai)輻射形式(shi)通過(guo)大氣窗口直(zhi)(zhi)接(jie)發射至低(di)溫(wen)太空，獲(huo)得低(di)溫(wen)冷量(liang)，實現對深空低(di)溫(wen)的(de)(de)超遠距直(zhi)(zhi)接(jie)利用(yong)(yong)。然而，目(mu)前(qian)的(de)(de)光(guang)熱(re)轉換和天空輻射制冷都依賴(lai)于靜態的(de)(de)光(guang)譜(pu)選擇(ze)性涂層(ceng)，但兩種(zhong)過(guo)程(cheng)存在紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)沖突，目(mu)前(qian)技術都是對單一目(mu)標、單一功能(neng)的(de)(de)利用(yong)(yong)。

基于(yu)此(ci)，研究(jiu)團隊(dui)創新性(xing)(xing)提出(chu)利用(yong)光譜(pu)自(zi)適應(ying)調控機制對(dui)太(tai)(tai)陽熱(re)源(yuan)和太(tai)(tai)空冷(leng)源(yuan)進行時(shi)間(jian)解耦(ou)，突(tu)破目前對(dui)太(tai)(tai)陽熱(re)源(yuan)和太(tai)(tai)空冷(leng)源(yuan)的(de)單一利用(yong)方(fang)式。科研人員研制了(le)一種基于(yu)二氧化(hua)釩相變材料的(de)多層膜光譜(pu)選擇性(xing)(xing)自(zi)適應(ying)涂(tu)層，該涂(tu)層在白天太(tai)(tai)陽輻照下處于(yu)金屬態，整體(ti)涂(tu)層太(tai)(tai)陽吸(xi)收率(lv)(lv)(lv)為0.89，紅外(wai)發(fa)射(she)率(lv)(lv)(lv)僅為0.25，表現為光熱(re)吸(xi)收特性(xing)(xing)；在夜間(jian)無輻照條件下，處于(yu)絕緣態，涂(tu)層在大氣窗(chuang)口波段(duan)(duan)具有高的(de)發(fa)射(she)率(lv)(lv)(lv)，在其余中紅外(wai)波段(duan)(duan)具有低的(de)發(fa)射(she)率(lv)(lv)(lv)，表現為輻射(she)制冷(leng)特性(xing)(xing)。

實測(ce)結果(guo)表明(ming)，該器件(jian)表面溫(wen)度(du)在(zai)白(bai)天可(ke)(ke)以比(bi)環境溫(wen)度(du)高170℃，在(zai)夜間可(ke)(ke)以比(bi)環境溫(wen)度(du)低20℃，具(ju)有白(bai)天光熱轉換、夜間輻射制冷(leng)的自適應功能。器件(jian)可(ke)(ke)以24小時(shi)全(quan)天候運行，極大(da)提(ti)升冷(leng)熱能量捕(bu)獲的綜合(he)效率。

這一研究結果為基(ji)于太陽熱源和(he)(he)太空(kong)冷(leng)源的(de)(de)能(neng)量捕獲和(he)(he)高效利用提供了一種(zhong)全新的(de)(de)途(tu)徑，該(gai)技術可以(yi)廣泛(fan)應用于建筑節能(neng)、光(guang)伏冷(leng)卻(que)、熱電(dian)轉換(huan)以(yi)及深空(kong)探索等領(ling)域。