智能涂层实现 24小时全天候冷热能量捕获与利用

科技日报讯 （记者吴长锋）记者从中国科学技术大学了解到，该校工程学院教授裴刚与国家同步辐射实验室研究员邹崇文团队合作，提出了一种全新的能量利用方法，该方法分别以太阳和太空为热源和冷源，巧妙利用光谱自适应智能涂层来解决光热转换过程和辐射制冷过程的光谱冲突，实现24小时全天候的冷热能量捕获和利用。相关研究成果近日发表在国际期刊《美国科学院院刊》上。

从热力学的角度来看，太阳和太空是地球能量循环的终极热源和终极冷源。光热转换通过对太阳辐射直接利用，获得高温热能；而天空辐射制冷可以将地表能量以红外辐射形式通过大气窗口直接发射至低温太空，获得低温冷量，实现对深空低温的超远距直接利用。然而，目前的光热转换和天空辐射制冷都依赖于静态的光谱选择性涂层，但两种过程存在红外光谱冲突，目前技术都是对单一目标、单一功能的利用。

基于此，研究团队创新性地提出利用光谱自适应调控机制对太阳热源和太空冷源进行时间解耦，突破目前对太阳热源和太空冷源的单一利用方式。科研人员研制了一种基于二氧化钒相变材料的多层膜光谱选择性自适应涂层，该涂层在白天太阳辐照下处于金属态，整体涂层太阳吸收率为0.89，红外发射率仅为0.25，表现为光热吸收特性；在夜间无辐照条件下，处于绝缘态，涂层在大气窗口波段具有高的发射率，在其余中红外波段具有低的发射率，表现为辐射制冷特性。实测结果表明，该器件表面温度在白天可以比环境温度高170℃，在夜间可以比环境温度低20℃，具有白天光热转换、夜间辐射制冷的自适应功能。器件可以24小时全天候运行，极大提升冷热能量捕获的综合效率。

这一研究结果为基于太阳热源和太空冷源的能量捕获和高效利用提供了一种全新的途径，该技术可以广泛应用于建筑节能、光伏冷却、热电转换以及深空探索等领域。