Nano-Micro Lett. | 混合被動(dòng)式冷卻：輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻技術(shù)助力超環(huán)境散熱與防火

背景介紹

被動(dòng)式冷卻因其綠色、低碳的優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注，如：輻射制冷、蒸發(fā)冷卻技術(shù)。但是，單一模式被動(dòng)式冷技術(shù)卻往往受限于環(huán)境參數(shù)，如：多云、環(huán)境溫度及濕度等，導(dǎo)致其冷卻性能有限。輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻通過耦合兩種被動(dòng)式冷卻模式，在亞環(huán)境冷卻中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而，對(duì)于室外設(shè)備，內(nèi)部加熱功率會(huì)增加工作溫度和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，從而抑制其超環(huán)境散熱能力和被動(dòng)水循環(huán)性能。因此，開展輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻技術(shù)在超環(huán)境散熱領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)其在戶外器件低碳熱管理應(yīng)用具有十分重要意義。

成果展示

基于此，中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院陳梅潔副教授等人開發(fā)了輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻光子薄膜用于戶外器件超環(huán)境散熱與阻燃。與傳統(tǒng)輻射制冷薄膜相比，輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻薄膜可以大大提高白天高工作負(fù)荷下器件散熱性能，在相同熱源條件下其溫度比輻射制冷薄膜低12.0 oC；在夜間低工作負(fù)荷下，輻射制冷輔助吸附過程可以改善大氣集水性能，以確保日間蒸發(fā)冷卻對(duì)水分的消耗。吸附劑不僅能夠延長(zhǎng)了日間高負(fù)荷時(shí)冷卻時(shí)間，而且能夠顯著提高了夜間低負(fù)荷時(shí)大氣集水性能，通過循環(huán)的吸附-解吸過程實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的水循環(huán)。此外，冷卻過程中水分蒸發(fā)過程能夠吸收大量熱量，以避免溫度顯著升高，從而顯著增強(qiáng)其阻燃性，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)比阻燃測(cè)試中，常見聚合物輻射制冷薄膜迅速燃燒，溫度急劇上升至數(shù)百攝氏度，而輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻薄膜則保持了良好的阻燃性，能夠溫度保持在100°C以下且無(wú)明顯火焰。輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻技術(shù)為光伏板、基站等戶外電子設(shè)備熱管理提供了一種極具前景的解決方案，兼具卓越的散熱性能和阻燃性。以上研究成果以“Radiative Coupled Evaporation Cooling Hydrogel for Above-Ambient Heat Dissipation and Flame Retardancy”為題發(fā)表在《

Nano-Micro Letters

該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻技術(shù)最新進(jìn)展之一。近幾年，針對(duì)低碳熱管理過程，開發(fā)了多層輻射-隔熱-蒸發(fā)結(jié)構(gòu)用于高性能亞環(huán)境冷卻（

ACS Applied Materials & Interfaces

Small

Nano Research Energy

圖1 輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻超環(huán)境散熱與防火工作示意圖

圖2 輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻超環(huán)境散熱理論分析

圖3 輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻薄膜制備與表征

圖4 室內(nèi)不同參數(shù)下超環(huán)境散熱性能分析

圖5 室內(nèi)不同參數(shù)下吸附性能與穩(wěn)定性分析

圖6 輻射制冷耦合蒸發(fā)冷卻薄膜防火性能分析

圖7 戶外實(shí)際場(chǎng)景下超環(huán)境散熱、水分可再生及全天候性能分析

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01903-0