研究生专栏|哈工大博士生张鑫平:大力发展太阳能无动力降温技术,有效减少制冷能源消耗

时间:2024-05-07 20:33来源:太阳能光热联盟
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为加强各高校和科研院所在太阳能光热相关技术领域的交流和合作,助推我国太阳能热利用科学技术高质量发展,同时也为广大研究生们搭建展示自我的平台,太阳能光热产业技术创新战略联盟于2011年创办“太阳能热利用科学技术研究生论坛”(联盟研究生论坛)。
【研究生专栏】通过报道论坛“优秀报告”获得者的科研、学习和生活,为行业营造尊才、爱才、聚才的良好氛围,推动青年学子科研和创新能力再上新台阶,全力探索利用太阳热能的科学技术问题。
本期人物
张鑫平,哈尔滨工业大学能源科学与工程学院2022级博士生,师从王富强教授和易红亮教授。
研究方向为基于仿生微纳结构的太阳能光热调控。
2023年太阳能热利用科学技术研究生论坛优秀报告二等奖获得者。
张鑫平同学介绍 ,在第十三届(2023年)太阳能热利用科学技术研究生论坛上进行的《多波段光谱调控型仿生太阳能材料的设计与实验测试》的报告,是他近期研究工作的一个小结。
图:仿生型辐射制冷织物和透明辐射制冷玻璃
能源过度消耗和环境严重污染是目前人类社会面临的巨大难题。根据相关报告,建筑能耗占我国总能源消耗的45%以上,建筑内温度调节所消耗的能量占建筑总能耗的50%左右。传统制冷方式既消耗大量能源又可能造成环境污染,而太阳辐射是建筑内部空调系统制冷能耗的主要负载来源,贡献率最高可达70%,因此亟须寻找一种基于太阳能技术的高效、环保、节能的制冷方式。日间辐射制冷是通过在太阳光谱波段(0.3–2.5 μm)高反射太阳能量并在大气窗口波段(8–13 μm)高发射自身热红外辐射能来实现低于环境温度的无动力降温技术。大力发展这种无动力降温技术将有效减少制冷能源消耗,助力国家“双碳”目标的实现。
针对目前辐射制冷技术在追求双波段(太阳波段和大气窗口波段)光学特性和兼容多种应用功能需求之间的权衡与挑战,受人体皮肤表皮层和真皮层结构的高效光学性能和防水透气性能启发,张鑫平同学及合作者设计并制备出一种具有超高光学特性且兼具良好透气性耐久性和柔韧性的高效仿生辐射制冷织物。相关成果已发表至中科院一区Top期刊ACS Photonics,并入选封面文章。针对目前透明辐射制冷技术对低成本和高性能难以兼顾的难题,借鉴独角仙角质层的光子管理生物微纳结构,张鑫平同学及合作者提出了一种仅使用三层光学薄膜的仿生辐射制冷玻璃。极度精简的结构设计,使得该玻璃可避免使用贵金属材料和复杂的制备工艺,具有较低生产成本、可规模化生产等优势。实验测试表明,该玻璃有着媲美普通白玻璃的透明度(~81%)和显色性能,满足建筑的采光及美观需求的同时兼具极低的近红外透射率(~10%)和极高的大气窗口发射率(~95%),可满足建筑的降温需求。相关成果已发表至国际光学著名期刊Advanced Optical Materials,并入选封面文章。
相关论文链接:
https://doi.org/10.1002/adom.202202031
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c00241
图:相关成果入选SCI期刊封面论文
科研感悟
天道酬勤,付出终有回报,科研学术贵在长久的坚持。
“非常感谢太阳能光热联盟给了我以及广大在读研究生们自我锻炼、成果展示的机会。”张鑫平同学在采访中表示,“在研究生论坛的交流盛宴中,学到了很多的东西,对不同方向的研究内容也有了更深入的了解也认识了很多非常厉害的老师和优秀的同学,这对于自己今后的学习和科研是一个巨大的促进。”