隨著全球科技進步和生活方式的快速變化，能源消耗和環(huán)境污染問題變得日益突出。現(xiàn)行的制冷、空調和熱泵系統(tǒng)主要依賴蒸汽壓縮技術，該技術使用的氫氟碳化合物對環(huán)境造成了嚴重影響，導致的溫室氣體排放占全球總排放量的10%。這些蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)不僅產生大量間接二氧化碳排放，而且其制冷劑泄漏也是大氣污染的重要源頭。目前，全球約10%的電能被用于驅動建筑物的空調系統(tǒng)，預計到2050年這一數(shù)字將翻倍。面對這些挑戰(zhàn)，同時減輕對電網的依賴并緩解全球變暖帶來的影響，開發(fā)低碳排放的新型制冷技術刻不容緩。
2023年11月9日，美國馬里蘭大學材料科學與工程系胡良兵教授團隊在science期刊發(fā)表題為“a solution-processed radiative cooling glass”的輻射制冷技術研究論文。胡良兵教授為論文通訊作者，論文共同第一作者為趙新朋博士、李堂源博士、謝華博士、劉鶴博士，均為西安交通大學校友。其中，李堂源博士畢業(yè)于西安交通大學前沿院，導師為婁曉杰教授。
在該研究中，趙新朋、李堂源、謝華、劉鶴博士等人設計并制備了一種隨機光子復合材料，該材料由微孔玻璃框架和氧化鋁顆粒組成。微孔玻璃框架具有選擇性發(fā)射低溫紅外輻射的特點，同時具有相對較高的太陽反射率。氧化鋁顆粒可強烈散射太陽光，并在制造過程中防止多孔結構致密化。在高濕度（高達80%）條件下，基板溫度在中午也能比環(huán)境溫度（30 ℃）低3.5 ℃，在夜間（環(huán)境溫度17.5 ℃）低4 ℃。除了其優(yōu)異性能外，這種冷卻玻璃還具有與基材（如瓷磚、磚、玻璃和金屬）的高粘合強度。即使暴露在水、紫外線、污垢和高溫火焰沖擊（高達1000 ℃）等惡劣條件下，也能保持較高的太陽反射率。因此，這種用于被動輻射冷卻的簡單、可擴展、具有成本效益和環(huán)境穩(wěn)定性的玻璃涂層既能減少能源消耗、幫助減緩全球變暖，又能改善居住舒適度。
2023年11月16日，盧森堡科學技術研究所emmanuel defay教授團隊在science期刊發(fā)表題為“high cooling performance in a double-loop electrocaloric heat pump”的電卡制冷技術研究論文，emmanuel defay教授為論文通訊作者。論文第一作者為李俊寧博士（碩士畢業(yè)于西安交大前沿院，導師為婁曉杰教授）。
在該研究中，李俊寧博士等人提出了一種新型電卡冷卻器。針對目前電卡制冷最高功率仍然低于1 w，遠遠低于普通商用制冷機百瓦量級這個難題，他們優(yōu)化了可再生式制冷機的幾何結構。在最優(yōu)的結構下，研究人員得到了一個溫跨（冷端和熱端的溫差）可達到20 k的器件。然后，他們利用了一種雙回路的方法（該方法由jaka tu?ek教授首先提出，并被應用在彈卡制冷樣機中），并系統(tǒng)測試了此原型機的制冷功率。在溫跨達到2.2 k的條件下，其制冷功率高達4.2 w。這一成果表明電卡制冷器件可以實現(xiàn)瓦級別的制冷。同時，研究人員也測試了器件在輸入的電能被回收利用的情況下的工作效率，這一數(shù)值達到了64%，非常接近電卡制冷的理論數(shù)值（因為理論上“卡”制冷器件的工作效率是高于傳統(tǒng)制冷機的）。
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