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研究所在随机光子超材料辐射调控薄膜的研究方面取得重要进展
发稿时间:2020-04-24         作者:高殷 李涛 张航          来源:新技术实验室     【字号:

  在世界能源消耗中,建筑物能源消耗始终占有很大的比重。减少建筑能耗一直是能源领域的研究热点问题通过对太阳光和室温物体热辐射的有效调控是改善建筑物能耗的有效途径。节能玻璃的使用可以有效地减少门窗热量损失,其中Low-E玻璃已成为目前市场上发展最快、应用最广、市场前景最好的建筑节能产品。 

  近日,中国科学院工程热物理研究所张航研究员团队基于表面等离激元增透效应和米氏散射原理协同作用,研究出一种针对太阳辐射和室温辐射频谱的辐射调控技术。基于该技术,通过特殊的金属纳米填料在高分子基体中的高效分散制成的辐射调控薄膜对可见光表现出极强的透射率(可达85%,图2a)所示),但对室温物体所发射的红外辐射表现出类似于金属薄膜的强反射(其红外反射率达95%,图2b)所示)。由于使两种选择性透射机制同时起作用,在达到同样的室温红外反射率的同时,可见光的透射率明显高于基于PVDCVD的连续金属基膜层来实现选择性的Low-E玻璃,从而实现了更高的太阳能热利用效率。温室模拟实验表现出镀有辐射调控薄膜的玻璃屋比未镀辐射调控薄膜的玻璃屋温度提高大约8℃(图3),可节约取暖能源的消耗,具有大规模应用前景。与现有的Low-E产品相比,该辐射调控薄膜具有高透光性(>85%)、低雾度(仅3.6%)及抗紫外性能,其性能强、制备工艺简单、成本低、使用方便。 

  相关研究成果Achieving Better Greenhouse Effect than Glass: Visibly Transparent and Low Emissivity Metal-Polymer Hybrid Metamaterials为题,作为封面文章发表在ES Energy & Environment杂志(DOI: 10.30919/esee8c325)。相关工作得到国家自然科学基金的资助。 

 

  图1 低辐射涂层的工作原理示意图

 

 

  图2 本研究工作中的薄膜与某型号双银Low-E玻璃在(a)可见光透过和(b)红外反射性能的对比

 

 

  图3本研究中辐射调控薄膜模拟控温效果(a)镀有辐射控温薄膜的玻璃房;(b)未镀辐射控温薄膜的玻璃房;c)镀有辐射控温薄膜(黑色曲线)和未镀辐射控温薄膜的玻璃房(红色曲线)的玻璃房温度随时间变化曲线。

 

  表1 本研究工作中的薄膜与某型号双银Low-E玻璃的性能对比

 
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