Новая охлаждающая керамика может повысить энергоэффективность для строительного сектора и помочь в борьбе с глобальным потеплением

Применение в конверте здания с белой охлаждающей керамикой, нанесенной на крышу.Кредит: Городской университет Гонконга

Исследователи из городского университета Гонконга (Cityu) объявили о значительном прорыве на разработку материала пассивного радиационного охлаждения (КНР).Результаты были опубликованы в журнале Science в статье под названием «Иерархически структурированная пассивная радиационная охлаждающая керамика с высокой солнечной отражательной способностью».

Материал, известный как охлаждающая керамика, достиг высокопроизводительных оптических свойств для энергосберегающей и без хладагента.Его экономическая эффективность, долговечность и универсальность делают его очень подходящим для коммерциализации в многочисленных применениях, особенно в строительстве здания.

Сокращая тепловую нагрузку зданий и обеспечивая стабильные характеристики охлаждения, даже в различных погодных условиях во всех климатах, охлаждающая керамика повышает энергоэффективность и может бороться с глобальным потеплением.

КНР считается одной из наиболее перспективных технологий зеленого охлаждения для обуздания растущего спроса на космическое охлаждение, сокращения загрязнения окружающей среды и борьбы с глобальным потеплением, по словам профессора Эдвина Цо Чи-Яна, доцента в Школе энергии и окружающей среды (см.)Сити, один из соответствующих авторов бумаги.

Тем не менее, текущая КНК с использованием нанофотонных структур ограничена его высокой стоимостью и плохой совместимостью с существующими конечными применениями, в то время как полимерные фотонные альтернативы не имеют погодного сопротивления и эффективного солнечного отражения.

«Но наша охлаждающая керамика достигает передовых оптических свойств и обладает надежной применимостью», - сказал профессор Тсо.«Цвет, сопротивление погоды, механическая устойчивость и способность подавлять эффект Leidenfrost - явление, которое предотвращает теплопередачу и делает жидкое охлаждение неэффективным на горячей поверхности - являются ключевыми характеристиками, обеспечивающими прочный и универсальный характер охлаждающей керамики».

Необыкновенная уникальность охлаждающей керамики заключается в ее иерархически пористой структуре в качестве объемного керамического материала, который легко изготавливается с использованием высокодоступных неорганических материалов, таких как глинозем, посредством простого двухэтапного процесса, включающего фазовую инверсию и спекание.Не требуется деликатное оборудование или дорогостоящие материалы, что делает масштабируемые охлаждающие керамики, производящая производительность.

Оптические свойства определяют характеристики охлаждения материалов КНР в двух диапазонах длины волны: солнечный диапазон (0,25–2,5 мкм) и диапазон средней инфракрасной линии (8–13 мкм).Эффективное охлаждение требует высокой отражательной способности в первом диапазоне, чтобы минимизировать усиление солнечного тепла и высокую излучательную способность в последнем диапазоне, чтобы максимизировать радиационное рассеяние тепла.Из -за высокой полосы глинозема охлаждающая керамика сохраняет солнечную поглощение до минимума.

Мало того, что, имитируя био-хаутичность жука цифохилуса и оптимизируя пористую структуру на основе рассеяния MIE, охлаждающую керамику эффективно рассеивает почти всю длину волны солнечного света, что приводит к почти идеальной солнечной отражению 99,6% (регистрируется высокая высокаяСолнечная отражательная способность) и достигает высокой средней инфракрасной тепловой эмиссии 96,5%.Эти передовые оптические свойства превосходят свойства современных материалов.

«Керамика охлаждения изготовлена из глинозема, которое обеспечивает желаемое деградацию устойчивости ультрафиолетового излучения, что является проблемой, типичной для большинства конструкций PRC на основе полимерных.Полимерные или металлические материалы на основе металлов »,-сказал профессор Цо.

Помимо исключительных оптических характеристик, охлаждающая керамика демонстрирует превосходную погодную сопротивление, химическую стабильность и механическую прочность, что делает его идеальным для долгосрочных наружных применений.

При чрезвычайно высоких температурах охлаждающая керамика обладает сверхгидрофильностью, обеспечивая немедленное распространение капель и облегчение быстрого пропитки капель из -за его взаимосвязанной пористой структуры.Эта супергидрофильная характеристика ингибирует эффект Leidenfrost, который препятствует испарению, обычно встречающемуся в традиционных материалах оболочки здания, и обеспечивает эффективное испарительное охлаждение.

Эффект Leidenfrost - это явление, которое возникает, когда жидкость вступает в контакт с поверхностью, значительно горячей, чем ее температура кипения.Вместо того, чтобы немедленно закипать, жидкость образует паровский слой, который изолирует его от прямого контакта с поверхностью.Этот паровский слой уменьшает скорость теплопередачи и делает жидкое охлаждение на горячей поверхности неэффективным, заставляя жидкость левитировать и заскочить по поверхности.

«Красота охлаждающей керамики заключается в том, что она отвечает требованиям как для высокопроизводительных КНР, так и для применений в реальных условиях»,-сказал профессор Цо, добавив, что охлаждающая керамика может быть окрашена с помощью двухслойного дизайна, удовлетворяя эстетические требования.также.

«Наш эксперимент обнаружил, что применение охлаждающей керамики на крыше дома может достичь более 20% электричества для космического охлаждения, что подтверждает большой потенциал охлаждения керамики в снижении зависимости людей от традиционных стратегий активного охлаждения и обеспечивает устойчивое решение для предотвращения электрической сеткиПерегрузка, выбросы парниковых газов и городские острова », - сказал профессор Цо.

Основываясь на этих выводах, профессор Тсо сказал, что исследовательская группа намерена продвигать дальнейшие стратегии пассивного теплового управления.Они стремятся изучить применение этих стратегий для повышения энергоэффективности, повышения устойчивости и повышения доступности и применимости технологий PRC в различных секторах, включая текстиль, энергетические системы и транспорт.

Профессор Ван Зуанкай, адъюнкт-профессор кафедры машиностроения (MNE) в Cityu и заместитель вице-президента (Research and Innovation) в Гонконгском политехническом университете, является другим соответствующим автором.Первый автор, Лин Кайсин, и второй автор, Чен Сиру, оба - доктор философии.Студенты руководили профессором Цо в Школе энергетики и окружающей среды Сити.

Больше информации: Кайсин Лин и др., Иерархически структурированная пассивная радиационная охлаждающая керамика с высокой солнечной отражательной способностью, наука (2023).Doi: 10.1126/science.adi4725