Janus发射器用于从机箱被动释放热量

当前，从机有效地冷却诸如温室之类的箱被封闭空间(例如固定汽车)的挑战是，这些封闭空间会通过温室效应来吸收热量。动释He-Yeon Heo和及大韩民国材料科学，发放热工程和纳米建筑学的射器科学家团队在《科学进展》的最新报告中介绍了用于表面冷却的Janus发射器(JET)。他们在微图案化石英基板上使用了银(Ag)-聚二甲基硅氧烷(PDMS)层，用于即使JET连接在外壳内，从机该材料也可以使它们冷却空间。箱被因此，动释JET(Janus发射器)可以被动地缓解围护结构中的发放热温室效应，并提供与传统辐射冷却器相当的射器表面冷却性能。

散热技术

当前的用于冷却技术依赖于蒸气压缩和流体冷却系统，但它们消耗了全球能源的大约10%，同时加速了化石燃料的消耗。在1990年至2018年期间，空间消耗的二氧化碳(CO 2)排放量增加了两倍多，达到11.3亿吨，同时臭氧消耗和空气污染问题不断升级。地球可以通过辐射冷却来自我冷却，这是一种被动的热管理策略，可以在不消耗能源的情况下将多余的热量散发到外层空间，并且被动辐射冷却器在附着到外部材料时显示出低于环境的冷却例如屋顶，甚至人的皮肤，在白天通过对流或传导来吸收热量。但是，这样的策略在固定车辆的极度热量累积期间可能无效，在固定车辆中，由于透明的窗户允许太阳辐射进入而对长波热辐射不透明，因此在温室效应下会产生极高的温度。在这项工作中，Heo等。提出了Janus热辐射器，其顶部充当选择性辐射器(SE)，底部充当宽带辐射器(BE)。该设计有效地从内部空间和表面吸收热量，而顶部则将热量散发到空间而不会干扰环境辐射。

JET用于封闭空间的冷却，sSPP共振用于近乎理想的发射器

科学家首先设计了一种结合了聚合物的选择性发射器(SE) 欺骗表面等离振子极化(sSPP)以实现接近理想的选择性。然后他们在理论上和实验上都展示了Janus发射器(JET)两侧的冷却性能，非常类似于最新型的辐射冷却器。JET充当有效的热通道，吸收内部和底部的宽带热辐射，同时利用顶侧将热量像红外线(IR)一样散发到外太空，就像冷水槽一样。样品中含有聚二甲基硅氧烷(PDMS)层，100 nm厚的银层和在底部涂有10 µm厚PDMS的微图案化石英层。JET最大限度地减少了太阳能和环境辐射的干扰，在这种情况下，底面广泛吸收了内部热辐射。研究小组计算了选择性发射器(SE)和宽带发射器(BE)的冷却功率和冷却​​温度。

Heo等。分析了欺骗性表面等离振子极化(sSPP)共振对JET发射率的影响，并且由于设置的Fabry-Pérot腔共振，模拟显示了在两个sSPP模式之间激发的强共振吸收峰。JET在大气窗口附近显示出稳健的发射率。他们使用扫描电子显微镜(SEM)图像观察了带有或不带有PDMS涂层的微图案石英。测量和模拟的发射率光谱表明，在制造的JET系统的选择性发射器(SE)和宽带发射器(BE)中都具有近乎理想的特征。

概念验证：SE和BE中JET的表面冷却性能

为了检查设备中选择性发射器和宽带发射器(SE和BE)的冷却功率和冷却​​温度，科学家们访问了光州科学研究所(GIST)的室外屋顶。该团队通过使用环境空气箱来遮蔽太阳光谱并为设备提供连续的气流，从而防止了环境空气传感器的自热。他们测试了温度传感器的可靠性，并且由于透射率不理想而没有使用对流罩。结果表明，在不同的天气条件下，环境凉爽，雾霾和湿气阻碍了热量向大气的传递。Heo等。将稳态能量平衡方程分为四个功率项，包括(1)样本发射的功率，(2)大气发射吸收的功率，(3)太阳辐射的吸收功率和(4)非辐射传热，包括传导和对流。与BE相比，SE在低于室温的冷却过程中更有效。该团队在实验过程中测量了冷却功率以及气候条件。

封闭空间内JET的冷却能力

尽管热传递主要通过对流在开放区域中进行，但在带有热源的封闭空间中，机理可能有所不同。例如，尽管环境温度仅为21摄氏度，但在阳光下停放的汽车可将温度从60摄氏度升高到80摄氏度，从而导致居住儿童的体温过高。在Janus热辐射期间，JET(Janus发射器)可以用作热通道，从外壳中吸收热量并显着改变内部区域的温度分布。JET在通过宽带吸收使屏蔽区的温度下降并允许通过大气窗口进行选择性散热方面具有很高的效率。

该团队开发了一种实验模型，该模型使用铝金属和黑色皮革模拟了停放在阳光下的固定车辆内部和地板。他们在屋顶上进行了实验，并注意到JET在封闭空间中在不同天气条件下连续四天重复进行的卓越冷却性能。基于结果，该团队建议用其他聚合物替代此处使用的材料，以实现各种优化的好处，包括通过最小化太阳能和增加热辐射来提高整体冷却能力。JET的表面特性还提供了防水和自清洁的效果。

通过这种方式，Se-Yeon Heo及其同事展示了Janus发射器如何提供一种被动策略，选择性地发射到外层空间，并在外壳的相对侧吸收宽带。为此，他们开发了一种几乎理想的选择性发射器(SE)，该发射器具有覆盖在镀银微图案化石英框架上的PDMS聚合物内的欺骗性表面等离子体激元极化子(sSPP)。他们研究了JET冷却机箱并吸收热量的能力相较于其他材料。利用Janus发射器的双向发射特性，该团队降低了模拟固定汽车环境的机壳中辐射物体的温度。被动冷却顶面和底面以及封闭空间的卓越能力可以开发先进的设计，以最大限度地减少封闭空间(例如固定汽车)的温室效应。

最新评论