被动辐射冷却现在可以电动控制

在不断变化的气候中，需要采用节能方式来冷却建筑物和车辆。林雪平大学的研究人员现已表明，被动辐射冷却的电气调谐可用于在环境温度和气压下控制材料的温度。结果发表在Cell Reports Physical Science上。

“例如，为了给建筑物降温，如今主要使用传统空调，它需要大量能源并使用对环境有害的制冷剂。在被动辐射冷却的帮助下，外层空间的冷气可以用来补充普通空调并减少能源消耗，”林雪平大学有机光子学和纳米光学组教授兼负责人 Magnus Jonsson 说。

被动辐射冷却利用热能以红外辐射的形式离开物体。所有物体都以红外线的形式散发热量——树木、建筑物、水甚至人类。

不同类型的材料会发出不同量的红外线热量。这取决于材料吸收红外辐射的能力——吸收红外热量的能力越好，材料散发热量的能力就越好。例如，普通的白色书写纸善于吸收红外线热量，因此也善于发射红外线热量。相比之下，金属在这方面相当糟糕，因为大部分热量都被反射了。

由于大气层能够传输红外波长范围内的光，外层空间的寒冷(温度约为 –270 摄氏度)可用于去除地球上物体的热量。由于温差，可以净输送出去。因此，在被动辐射冷却的帮助下，物体可以获得比环境温度更低的温度。

这种效应早在历史上就已被使用，例如在温暖的气候下制冰。然而，近年来，材料科学研究对这一现象的兴趣越来越大，并开发了一种新材料，这种材料能够发射红外线热量，同时不会被太阳光线加热。

林雪平大学的研究人员现已表明，可以通过电子调节设备通过被动辐射冷却散发热量的程度来调节设备的温度。该概念使用导电聚合物以电化学方式调节设备的发射率。

结果发表在《细胞报告物理科学》杂志上。

“你可以把它比作一个恒温器。目前，我们可以将温度调节 0.25 摄氏度。这听起来可能不多，但关键是我们已经证明可以在室温和正常情况下进行这种调节压力，”林雪平大学首席研究工程师、该研究的主要作者 Debashree Banerjee 说。

研究人员认为，既然他们已经证明这是可能的，那么就有可能进一步开发材料和设备。从长远来看，可以设想可以像太阳能电池一样铺设在屋顶上的系统，从而控制房屋的红外热辐射并在需要时进行冷却。该方法需要极少的能量消耗并且造成最小的污染。其他应用领域还可以包括可调节的服装和墙纸以适应热流，并在降低能耗的情况下提高室内热舒适度。

在 Advanced Science 上发表的另一项研究中，同一研究小组开发了一种热电装置，该装置由相同的辐射冷却原理提供动力，并辅以太阳能加热。它基于在两种纤维素材料之间产生温差，其中一种含有炭黑以吸收太阳的热量。这些材料连接到将温差转换为电势的材料。将设备暴露在天空中已经在中等太阳辐射下感应出 60 mV 的电压，但这个概念甚至在夜间也有效，因为这两种木质材料被设计成具有不同的散热能力。

“我们不仅使用太阳，还使用外层空间作为能源，”该小组的博士生、高级科学文章的主要作者 Mingna Liao 说。

为了对这两项研究进行受控测量，研究人员建造了一个天空模拟器。这样一来，测量结果就不会像在户外那样受到环境变化的影响。天空模拟器由一个带有铝涂层的管子组成，可以反射辐射。放置在底部的容器包含吸收热辐射的材料，并用液氮冷却以模拟外太空的寒冷。

该研究得到了克努特和爱丽丝瓦伦堡基金会、瓦伦堡木材科学中心、瑞典国防研究局 (FOI)、瑞典研究委员会以及林雪平大学先进功能材料 (AFM) 战略研究领域的资助。