Achieving passive daytime radiative cooling via TiO$_2$/PDMS coating
人口的指数增长和全球气温的上升导致了对冷却和制冷的爆炸性需求。这些冷却装置产生碳足迹的恶性循环可以通过被动冷却机制来打破。这项研究概述了旨在设计这种材料的研究-在太阳光谱中表现出高反射率，并在8-13 $μ$ m的大气透明度窗口中表现出高发射。蒙特卡罗（MC）方法被用来模拟光在复合材料中的传播，帮助设计具有这些特定热光特性的超材料。制备了TiO $_2$ /PDMS涂层，在大气透明窗内获得> 91%的太阳反射率和> 75%的发射率。这转化为在印度孟买的峰值太阳辐射下将涂覆的主体冷却到低于环境温度4-9 $^\circ$ C。简单的制造工艺加上这种涂层的潜在多功能性，有望在商业规模上实现被动式日间辐射冷却。
2022-02-19 physics.app-ph
Localized Thermal Gradients On-Chip by Radiative Cooling of Silicon Nitride Nanomechanical Resonators
小规模可再生能源收集是远程技术应用中日益增长的电力需求的一个有吸引力的解决方案。为此目的，可以利用通过辐射冷却产生的芯片上的局部热梯度来创建依靠环境热量运行的微型可再生热机。这可以允许在小规模便携式应用中自供电，从而减少对不可再生电源和危险电池的需求。在这项工作中，我们展示了一个90 nm厚的独立氮化硅纳米机械谐振器集成在硅衬底上，保持在环境温度下的辐射冷却的芯片上的本地热梯度的创建。通过在高真空下使用光纤干涉仪跟踪其机械共振频率来推断薄膜的温度降低。在秋季和夏季的15个不同的日子里进行了实验，导致在每种情况下成功的辐射冷却膜。最大温度下降9.3 K和7.1 K，分别在白天和夜间，与我们的传热模型密切对应。未来对实验装置的改进可以将相同膜的温度降低到48 K，而发射率工程可能会产生67 K的最大理论冷却与理想的发射器。
2022-09-29 physics.app-ph
Radiative cooling of colored paint based on Fe3+ doped Y2Ce2O7
白天辐射供冷可以采用对入射太阳辐射吸收率低而在中红外波段发射率高的材料。现有的被动辐射制冷材料通常采用不同结构的太阳能反射器和红外发射器的组合，甚至采用昂贵的纳米光子结构，这限制了其在实际中的应用。在这项研究中，拥有这两个特定的辐射性能，纯Y2 Ce 2 O 7被证明与被动辐射冷却的性能。所制备的Y2 Ce 2 O 7具有375.7nm的带隙，显示出91%的高太阳反射率，而具有晶格应变和各种键的畸变（例如，Y-O，Ce-O），在MIR波段也显示出0.96的高发射率。更吸引人的是，通过掺杂Fe 3+离子可以改变Y2 Ce 2 O 7的外观，使其颜色从乳白色变为浅黄色或红色，具有高的近红外反射和中红外发射，表明Y2 Ce 2-xFexO 7比具有类似颜色的普通涂料显示出更好的冷却性能。根据中午时间的冷却性能的现场演示，Y2 Ce 2 O 7和Y2Ce1.9Fe0.1O7涂料分别比普通白色和棕色涂料低2.2K和1.8K，而在夜间，所有涂料均比环境空气低2.3K。模拟结果表明，在炎热季节，Y2 Ce 2 O 7和Y2Ce1.9Fe0.1O7涂料分别比普通白色和棕色涂料节能54.45%和21.14%。所展示的Y2 Ce 2-xFexO 7在炎热气候下具有节能应用的潜力。
2021-02-25 physics.app-ph
Opals as Colorful Radiative Coolers
辐射冷却已被证明是可持续热管理的强大策略。实现宽带反射的纳米光子结构导致太阳光吸收最小化，这使得夜间有限的辐射冷却进入白天应用。然而，这种宽带反射策略又将辐射冷却器的可访问着色限制为白色或中性，从而阻碍了它们的实际应用，特别是出于美学目的。除了少数例外，在特定可见波长处的选择性吸收一直是用于辐射冷却器的着色的最普遍的范例。然而，这种基于吸收的着色不可避免地使辐射冷却器易于加热，从而降低冷却效率。在这里，我们展示了一种未被发现的蛋白石用途，用于推进色彩保存的日间辐射冷却器。到目前为止，蛋白石主要用作布拉格反射彩色颜料，可以被认为是中红外区域的有效均匀介质。因此，蛋白石也可以被设想为即使在夏季阳光直射下也能够辐射冷却的反射彩色超材料。加上胶体悬浮液的柔软流动性，蛋白石可以作为易于制作的平台，大规模和彩色辐射冷却器，具有最小的太阳能吸收。
2019-10-25 physics.app-ph
A self-assembled two-dimensional thermo-functional material for radiative cooling
在宏观和微观尺度上对温度的调节是人类主要的耗能过程。现代冷却系统占全球能源消耗的15%，并负责10%的温室气体排放。由于全球变暖，预计未来30年对冷却技术的需求将增长10倍，从而通过令人担忧的负反馈循环将全球变暖和冷却需求联系起来。在这里，我们提出了一个廉价的解决方案，这一全球性的挑战的基础上自组装的钠钙玻璃基板上的单层二氧化硅微球。这种二维（2D）晶体作为一个可见的半透明热黑体，用于高于环境的白天辐射冷却，并可用于被动地提高设备的热性能，在操作过程中经历临界加热。当覆盖我们的热发射器时，晶体硅晶片的温度在白天降低了14 K，当该结构背衬有银层时，平均温差达到19 K。相比之下，在我们的测量中用作参考的钠钙玻璃仅将硅晶片的温度降低了5 K。这种相当简单的辐射冷却器在阳光直射下的冷却功率密度被认为是高达350 W/m2时，应用到热表面与周围环境的相对温度为50 K以上。这对于辐射冷却电子设备（如太阳能电池）至关重要，因为温度的升高会对性能产生巨大影响。我们的2D热功能材料包括单层球体，通过红外大气窗口和宽波长范围发射长波辐射，从而使用太空作为3 K的散热器提供有效的辐射冷却。
2019-10-30 physics.app-ph
Graded nanocomposite metamaterials for a double-sided radiative cooling architecture with a record breaking cooling power density
辐射制冷是一种新兴的无电制冷技术，它利用太空作为散热器。因此，通常需要一个面向天空的热发射器。由于环境温度下的黑体辐射限制，单面辐射冷却装置的最大冷却功率密度为~156.9 W/m2。在这里，我们报告了一个双面辐射冷却架构使用梯度纳米复合材料（GNM）设计的垂直对齐的热发射器。这种GNM结构在整个太阳光谱中具有超过90%的光吸收，并且在中红外光谱区域中具有超过90%的反射。通过这种结构，可以利用平板型散热器的两面进行辐射冷却，并在单个薄膜型散热器中实现了超过280 W/m2的创纪录冷却功率密度。在标准压力下，我们在实验室环境中实现了比环境温度低14摄氏度的温度降低，在室外测试中超过12摄氏度。
2020-03-23 physics.app-ph physics.optics
Deep Radiative Cooling Passive Dew Collection
我们展示了如何克服被动露水收集的几乎所有主要限制，包括：寄生加热，寄生蒸发，不受控制的风况，以及在几乎任意的相对湿度下每天24小时进行露水收集。我们将一个理想的选择性发射器在一个简单的热平衡露水收集模型，依赖于一个重要的物理见解-辐射发射器和露水收集器的作用应该解耦，以实现最佳的露水收集。以前的被动露水收集模型强烈耦合这些角色，导致非理想的理论限制。我们的模型需要深度辐射冷却（即，远低于环境温度的辐射冷却），并且已经消除了发射器的所有形式的传导和对流加热。我们进一步提出并测试了一种被动的、自调节的、重力馈送的气流设计，该设计消除了不可控的风况或外部驱动的气流系统。在有些现实的大气情景下，理论预测超过80克/米$^2$ /小时和1.5升/米$^2$ /天，这大大超过了当前0.7升/米$^2$ /天的理论极限。我们将讨论如何进一步改进。我们测试了平衡模型和重力馈送气流的有效性，使用实验室实验，复制的辐射发射器/露水收集器系统的热侧和冷侧的校准良好的热电冷却器。这些想法不仅提高了露水收集量，而且即使在低相对湿度下也可以每天24小时收集露水。
2019-12-03 physics.app-ph
Mechanically Tunable Radiative Cooling for Adaptive Thermal Control
被动辐射制冷是当前可再生能源研究的前沿技术。在地外应用方面，辐射冷却是航天器热管理系统的一个关键组成部分，空间的极端环境可能导致大的温度变化，从而可能破坏和损坏设备。对于地面应用，夜间或白天的辐射冷却预计将导致成本效益高的被动热管理，而不需要效率低下和昂贵的人工制冷技术。然而，大多数当前可用的辐射冷却系统不能动态地改变并且辐射恒定的静态量的热功率。动态可调自适应辐射冷却系统将是延长航天器寿命或提高地面冷却系统效率的关键发展。在这里，我们提出了可拉伸的辐射冷却设计，可以通过使用简单的物理机制的机械应变大幅调整。当它们的结构被拉伸时，辐射功率显著降低。我们开发了一种建模方法，可以模拟机械拉伸结合电磁响应来计算这些新的自适应辐射冷却系统的可调热发射。所提出的光子工程结构可以用作涂层，以具有成本效益和环境友好的方式实现各种物体的有效自适应热控制。所提出的设计比文献中发现的其他设计更容易实现，并且最佳设计实现了具有132 W/m2量级的可调谐范围的高热发射功率。
2022-03-24 physics.app-ph physics.optics
Ideal spectral emissivity design for extreme radiative cooling
通过向太空辐射热量来被动冷却物体的辐射冷却器近来受到了广泛关注。然而，其性能的极限以及理想的频谱设计仍然是未知的。我们提出的基本下限的辐射冷却物体在地球表面的温度在一般条件下，包括非辐射传热，和作为温度的函数的辐射冷却器的净辐射功率密度的上限。我们推导出理想的光谱发射率，可以实现这样的界限，并与常见的信念相反，发现理想的发射窗口是不同的8至13微米，并形成脱节的波长，其宽度在较低的温度下减小。我们表明，理想的辐射冷却器具有完美的热绝缘对传导和对流有一个稳态温度为243.6 K在夏季和180.5 K在冬季，远低于以前测得的值。我们还提供了一个单波段发射器的理想的发射窗口，并表明，这个窗口应该比以前的设计窄得多，如果目标是建立一个辐射冷冻机，可以在夏天工作。我们提供了一个设计光谱发射率，以实现最大的温降或最大的净辐射功率密度的一般准则。
2019-10-21 physics.app-ph
Spontaneous Radiative Cooling to Enhance the Operational Stability of Perovskite Solar Cells via a Black-body-like Full Carbon Electrode
钙钛矿太阳能电池的工作稳定性受器件温度的影响很大，降低器件内部温度是延长其使用寿命的最有效途径之一。在此，我们将自发辐射冷却效应引入钙钛矿太阳能电池，并通过全碳电极（F-CE）的功能结构设计来放大这种效应。首先，通过界面工程，基于F-CE的无机CsPbI 3和混合钙钛矿太阳能电池的功率转换效率分别达到>19%和>23%，这两者都是基于碳电极的最高报道效率，并且与金属电极的结果相当。这种F-CE的高效热辐射可以使工作电池的温度降低约10 °C。与传统的基于金属电极的控制电池相比，由于这种冷却效果，上述两种类型的电池的操作稳定性得到了显著改善。特别地，CsPbI 3 PSC在2000小时的连续操作跟踪后没有表现出效率降低。
2022-05-26 physics.app-ph
Accurately Quantifying Radiative Cooling Potentials: A Temperature-correction to the Transmittance-based approximation
辐射制冷材料制冷潜力的理论计算对于确定其在不同气象条件下的制冷能力和评估其性能至关重要。为了实现这些计算，需要长波红外下降流大气辐照度的精确模型，然而，广泛用于确定辐射冷却潜力的基于透射率的余弦近似并不考虑由热损失到大气本身的较冷区域所产生的冷却潜力。在这里，我们表明，使用的近似可能会导致> 10%的低估相对于MODTRAN 6输出的冷却潜力。我们提出了一个温度校正的透射率为基础的近似占冷高层大气的热损失，并显着减少这种低估，同时保留了原来的模型的优点。鉴于基于透射率的模型的广泛和持续使用，我们的研究结果突出了潜在错误的重要来源和纠正错误的方法。
2021-08-18 physics.ao-ph physics.app-ph
Beam-controlled spectral-selective architecture with planar polydimethylsiloxane/metal-films for all-day radiative cooling
辐射冷却是一种零耗电的被动冷却策略。虽然这项技术在夜间最佳大气条件下可以很好地工作，但在白天实际出现峰值制冷需求时，必须实现有效的辐射制冷。在这篇文章中，我们报告了一种廉价的平面聚二甲基硅氧烷（PDMS）/金属热发射器，即，一种使用快速溶液涂覆工艺制造的薄膜结构，其可扩展用于大面积制造。通过操纵热辐射的聚束效应，在实验室和室外环境中分别证明了9.5 °C和11.0 °C的温度降低。此外，一个光谱选择性的太阳能遮蔽建筑的设计和实施，以抑制在白天的太阳输入。由于热辐射的方向性增强，辐射冷却性能对周围环境的依赖性被最小化。室外实验在纽约州布法罗市进行，在美国北部纬度典型的晴朗晴天实现了平均功率约为120 W/m2的全天连续辐射冷却。这种实用的被动冷却策略，在没有任何电力输入的情况下进行冷却，可能会对全球能源消耗产生重大影响。
2018-09-28 physics.app-ph physics.optics
Design of radiative cooling paint coating and insights into its sub-ambient cooling behaviour
本文设计TiO2/PDMS辐射冷却涂料并测试其光学与降温性能，分析未实现亚环境冷却的原因，强调标准化评测的重要性。
2024-01-22 physics.app-ph physics.optics
Radiative Cooling with Angular Shields: Mitigating Atmospheric Radiation and Parasitic Heating
辐射冷却作为一种可能的可持续解决方案出现的能量饥饿的蒸汽压缩为基础的冷却。然而，通过辐射冷却实现冰点以下的温度在高湿度环境中仍然具有挑战性，并且通常需要极端的热管理，例如，通过将热发射器放置在微真空条件下。本文从理论上研究了在辐射体周围加角屏蔽层来引入角选择性热辐射。研究了发射器的光谱选择性、环境湿度以及寄生加热对冷却性能的影响。在理想条件下，屏蔽的最佳角度为45°。此外，热发射的光谱选择性是必要的，以获得最低平衡温度的显着改善。在潮湿环境中，通过设计发射器的热发射率功能的角度选择性与角度屏蔽相比提供了更好的冷却性能。相反，当引入寄生加热时，角屏蔽性能更优越。使用角形护罩使冷却发射器能够在没有真空和高于全球平均水平的潮湿水平下达到冰点以下的温度。
2022-08-07 physics.app-ph physics.optics
Daylong sub-ambient radiative cooling with full color exterior
地面辐射冷却是一种有趣的方式，通过提供零能耗冷却来缓解住宅和商业部门加速的冷却需求。然而，辐射冷却器的超白或镜面外观在视觉上可能是无菌的，并且在广泛应用于建筑物立面和车辆时会引起安全问题。为了克服颜色多样性和冷却性能之间的根本权衡，我们提出了一个辐射集成，导电绝缘系统，利用着色剂和热发射器之间的热不平衡。这允许这样的辐射冷却器在一天中的所有时间都被冷却到低于环境温度，同时表现出任何期望的外部颜色，包括黑色。我们的实验表明，即使是黑色的冷却器，吸收646 Wm-2的太阳能在AM1.5条件下，冷却到最大的6.9 K（平均3.5 K）低于环境温度在白天。这些系统可用于室外应用，特别是商业建筑和住宅，其中无碳热管理需求很高，但颜色的多样性对于视觉吸引力和舒适度也很重要。
2022-02-15 physics.app-ph physics.optics
A transparent radiative cooling photonic structure with a high NIR reflection
具有透明外壳的建筑物或车辆可被阳光加热，导致用于冷却的能量消耗，并且在极端情况下导致在炎热气候下的车辆中暑。因为只有用于照明的可见光对于这些应用是必不可少的，所以应当反射NIR太阳辐射以减少热增益，并且应当通过使用天空作为散热器来增强红外辐射发射以进一步冷却。利用高近红外反射率，在ZnO/Ag/ZnO上制作了一种透明的二维石英光栅辐射冷却光子晶体结构，实现了节能和安全。81%的可见光透过，57%的近红外太阳辐射反射，90%的热红外辐射发射，通过光子结构实现综合冷却。理论上，这种结构的反射太阳辐射和红外辐射冷却的总功率是平面二氧化硅的两倍多。现场试验表明，采用这种结构，用平板石英覆盖的密封室的温升可降低53.7%。这一工作表明，白天辐射冷却的概念可以与可见光的利用相结合，具有很大的实际应用价值。
2021-02-05 physics.app-ph physics.optics
Radiative cooling by tailoring surfaces with microstructures
在这篇文章中，我们提出了一种方法来产生辐射冷却器，这是反射在太阳光谱和发射的大气透明窗口（8-13 $μ$ m）。我们选择了结合光栅和多层膜的热控制能力的方法。我们使用了优化的BN、SiC和SiO2光栅，它们在透明窗口有发射率峰值.我们在这些光栅下放置金属/电介质多层结构，以获得在太阳光谱中近乎完美的反射率，并提高透明窗口中的发射率。优化结构产生良好的辐射冷却功率密度高达80 W.m -2。
2018-01-11 physics.app-ph physics.optics
Bulk Material Based Selective Infrared Emitter for Sub-Ambient Daytime Radiative Cooling
通过被动地向太空排放多余的热量，辐射冷却已被证明是节能应用的有效方式。选择性表面的单位发射率只在大气窗口内，以及零吸收的太阳光谱内寻求实现最佳的亚环境辐射冷却性能在白天。在这项工作中，我们提出了一种由涂覆有银背衬的1 mm厚的氟化锂晶体组成的体辐射冷却器，其表现出4.7%的太阳吸收率和几乎理想的红外选择性，并且在大气透射带内具有高发射（即，8-13 um）。在室外测试中，当太阳辐照度高于900 W/m2时，滞止温度低于环境温度5 K，并且当冷却器与环境处于热平衡时，净冷却功率约为60 W/m2，从而证明了优异的日间冷却性能。氟化锂晶体作为一种具有最高紫外-可见-近红外透过率的块体材料，被广泛应用于各种光学窗口和反射镜。所提出的基于氟化锂的简单选择性红外发射器将为辐射冷却光学系统开辟一条创新的途径。
2019-07-06 physics.app-ph physics.optics
Daytime sub-ambient radiative cooling with vivid structural colors mediated by coupled nanocavities
日间辐射制冷是一种很有前途的被动制冷技术。现有的日间辐射制冷器由于其宽带高太阳反射率而通常显示出发白的颜色，这严重阻碍了具有美学要求和有效显示的实际应用。然而，在鲜艳的颜色和高冷却性能之间存在权衡，因为颜色通常是通过吸收可见光而产生的，从而降低了净冷却功率。为了打破这种平衡，我们设计了具有耦合纳米腔的多层结构，并产生具有高冷却性能的结构色。使用这种设计，我们可以获得彩色辐射冷却器，显示更大的色域（占用17.7%的sRGB面积）比报告。我们进一步制作了彩色多层辐射冷却器（CMRC），并证明他们有3.4 - 4.4度的平均温度下降的基础上，室外实验。这些CMRC在电子/光电子器件和户外设施的热管理方面具有很好的应用前景。
2022-07-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Suppressed-scattering windows for radiative cooling applications
共振纳米粒子对光的光的散射是提高日光辐射制冷中太阳反射率的关键过程。在这里，我们研究了材料分散对用于辐射冷却应用的流行纳米颗粒的散射性能的影响。我们发现，由于材料分散，纳米粒子在可见光频率下具有定性相似的响应，在红外频率下表现出根本不同的散射特性。据发现，分散的纳米粒子表现出抑制散射窗口，允许选择性的热发射内的高反射率的样品。抑制散射窗口的存在仅取决于材料色散，并且即使在随机复合材料和周期性超颖表面中，它们也被钉扎到相同的波长。最后，我们调查硅酸钙水合物（CSH），混凝土的主要阶段，作为分散主机的一个例子，说明纳米粒子和主机的协同设计允许调整的抑制散射窗口。我们的研究结果表明，控制纳米孔隙率将使混凝土与日光被动辐射冷却能力。
2022-09-23 physics.app-ph physics.optics
Maximal nighttime electrical power generation via optimal radiative cooling
提出了一种利用辐射制冷的夜间温差发电系统的系统优化方法。我们表明，超过2 W/m2的电功率密度，比以前报道的实验结果高两个数量级，使用现有技术是可以实现的。该系统结合了辐射冷却和热电发电，并在夜间太阳能收集不可用时运行。热电发电机（TEG）本身在实现这种最佳发电时覆盖不到系统占地面积的1%，显示出经济可行性。研究了发射率谱、热对流、热电优值以及TEG与辐射冷却器面积比对发电性能的影响。我们优化了附在冷侧的热辐射发射器，并提出了实际的材料实现。最佳发射器的重要性是阐明了153%的增益相比，常规黑体发射器的功率密度。
2020-08-10 physics.app-ph physics.optics
Accelerating vapor condensation with daytime radiative cooling
蒸汽冷凝在太阳能水净化技术中起着至关重要的作用。太阳能水净化系统中的常规冷凝器不提供用于蒸汽冷凝的足够的冷却功率，从而将水生产率限制为$0.4 L m^{-2} hour^{-1}$。另一方面，现有的辐射露水冷凝器所使用的辐射露水冷凝技术仅在夜间工作，并且与太阳能水净化技术不兼容。在这里，我们开发了白天辐射冷凝器，几乎可以反射所有的太阳辐射，因此即使在阳光直射下也可以产生露水。与最先进的冷凝器相比，我们的日间辐射冷凝器在24小时内可将净化水产量提高一倍。我们的日间辐射冷凝器与太阳能水净化系统的集成可以将阳光下的水生产率从$0.4 L m^{-2} hour^{-1}$提高到$1 L m^{-2} hour^{-1}$以上。
2018-06-10 physics.app-ph physics.optics
Climate-dependent enhancement of radiative cooling with mirror structures
该研究针对辐射制冷功率提升问题，开展孔径镜面增强型辐射制冷的参数化研究，发现该结构在热带效果优于沙漠，可提升超40%制冷功率，有望用于改善辐射制冷器件性能。
2023-12-15 physics.ao-ph physics.app-ph physics.optics
Thermal Modeling, Heat Mitigation, and Radiative Cooling for Double-Clad Fiber Amplifiers
我们报告了一个详细的形式主义，旨在高功率双包层光纤放大器的热建模和热缓解。封闭形式的分析公式，考虑到放大的信号和泵的双包层几何形状的空间分布，放大的自发发射的存在下，和辐射冷却的可能性，由于反斯托克斯荧光发射。该方法应用于高功率掺Yb石英光纤放大器。从泵浦信号量子缺陷，以及泵浦和信号的寄生损耗的热负荷的贡献进行比较的辐射冷却。结果表明，在实际情况下，千瓦级光纤放大器中的局部热产生要么是由量子缺陷或寄生吸收取决于泵浦波长。在传统设计中，当泵浦功率为几十瓦或更低时，辐射冷却仅在适当设计的放大器中是实质性的，除非与文献中通常报道的值相比寄生吸收减少。我们还探讨了增益材料的非理想量子效率的影响。开发的形式主义可用于设计光纤放大器和激光器的最佳热缓解，特别是由于辐射冷却。
2018-09-27 physics.app-ph physics.optics
Generalized bioinspired approach to a daytime radiative cooling "skin"
可操作性强的节能冷却材料是可持续热管理的理想选择。受北极熊皮毛中协同热光效应的启发，我们通过将聚二甲基硅氧烷薄膜与高散射聚乙烯气凝胶层压在一起，开发了一种灵活且可重复使用的冷却皮肤。由于其97.9%的高孔隙率和3.8 ± 1.4微米的定制孔径，可以在2.7 mm的厚度下实现0.96的优异太阳能反射率和0.8的对辐射热能的高透明度。结合气凝胶0.032 W/m/K的低热导率，在大城市环境中，冷却表层在中午使低于环境温度的温度下降5-6度，在理想的使用条件下，估计极限为14度。我们设想，这种广义的双层方法将构建从夜间到白天辐射冷却的桥梁，并为经济，可扩展，灵活和可重复使用的冷却材料铺平道路。
2020-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modeling and optimization of radiative cooling based thermoelectric generators
夜间发电的可能性最近激发了人们对利用热电发电机（TEG）的辐射天空冷却机制的兴趣。这些被动的低温差设备已被证明可以在夜间发电，不需要主动输入热量，而是使用环境空气本身作为热源。在这里，我们优化辐射冷却驱动热电（RC-TE）发电机的几何形状和操作条件。我们确定的最佳操作条件，包括最大功率点和最大效率点，通过开发一个综合的热和电模型。我们的研究结果表明，最佳的操作条件的结果在更大的功率输出比以前预期的。此外，我们发现，最大的功率密度发生时，冷却器和P或N元件之间的面积比达到最佳值。最后，我们进行了参数研究，考虑到环境和结构参数，以提高RC-TE设备的性能，包括增强热表面和环境空气之间的热传递，抑制辐射冷却器的冷却损失，并优化单个热电偶的几何形状。我们的工作确定了如何最大限度地提高RC-TE设备的输出，并为利用这种新的无源发电方法提供了全面的指导。
2020-07-22 physics.app-ph physics.optics
Wavelength-selective thermal nonreciprocity barely improves sky radiative cooling
本文从理想选择性、非选择性和彩色辐射体三个角度评估了室温下非互易辐射制冷的可行性，发现大气窗口内引入热非互易性仅带来负增益，打破了NRC的固有认知并为其实际应用提供理论支持。
2024-12-30 physics.app-ph physics.optics
Radiative cooling capacity on Earth
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；China University of Petroleum Beijing（中国石油大学（北京））；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）
本文通过建立精确评估模型，展示了地球上辐射冷却能力的分布，并探讨了其在节能和减排中的应用。
2024-10-05 physics.ao-ph physics.app-ph
Highly emissive, selective and omnidirectional thermal emitters mediated by machine learning for ultrahigh performance passive radiative cooling
本研究利用机器学习设计混合超表面热发射器，同时实现高发射率、高光谱选择性与宽发射角，创下强太阳辐照下的被动辐射制冷降温新纪录，在节能与缓解热岛效应方面潜力显著。
2023-06-09 physics.app-ph physics.optics
A gradient atmospheric model reveals enhanced radiative cooling potential and demonstrates the advantages of broadband emitters
本研究提出考虑海拔相关温度与气体成分的梯度大气模型，发现均匀模型低估10%-40%冷却功率，对比表明宽带发射器实际性能优于选择型发射器，建议大规模部署优先发展低太阳吸收率的可规模化低成本冷却表面。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Spectrally-Selective Vanadium Dioxide Based Tunable Metafilm Emitter for Dynamic Radiative Cooling
动态辐射冷却与可变发射功率的实验表明，在这项研究中的波长选择性可调元膜发射器，它由一个不透明的铝膜，溅射硅间隔，和热致变色二氧化钒（VO 2）层通过炉氧化方法制造。温度依赖的光谱发射率，实验获得的光谱反射率测量，清楚地显示了一个明显的发射峰约10 μ m波长时，VO 2经历了绝缘体到金属相变附近65 C。可调金属膜发射器实现了显着的总发射度从室温下的0.14增加到100 ℃下的0.6。基于薄膜光学的理论模型表明，高温下的发射增强是通过与金属VO 2薄膜的法布里-珀罗腔共振实现的。此外，进行了基于量热的热真空实验，并在高于相变温度的温度下实验证明了所制造的可调元膜样品的增强的热发射，与黑色、铝和掺杂硅样品相比，其发射率在室温附近变化不大。所开发的可调元膜发射器在中红外具有可变的光谱选择性发射率，为地球和地外动态辐射冷却应用带来了巨大的希望。
2020-05-13 physics.app-ph physics.optics
Passive radiative cooling using temperature-dependent emissivity can sometimes outperform static emitters
本研究提出一种可在波长选择态与宽带发射态间切换的温度可调谐热发射体，利用VO₂相变实现，能在全温度范围保持高制冷潜力，性能优于传统静态发射体。
2025-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Passive radiative temperature regulator: principles and absorption-emission manipulation
辐射调温器（RTR）作为一种既利用太阳能又利用深空辐射制冷的典型装置，能够在不同温度下自适应地切换加热和制冷模式。然而，由于相变层中强烈的寄生吸收，RTR的概念是具有挑战性的实施。在这里，基于能量守恒的理论框架，我们定量地揭示了太阳能加热和辐射冷却之间的内在关系，特别是解决基本的限制因素，包括寄生吸收和光谱发射选择性，以及在各种操作条件下的相变装置的动态响应。研究提出了更多的洞察RTR的底层物理，并提供了可行的架构，实现这样一种新的功能器件。
2021-02-25 physics.app-ph physics.optics
Tuning Optical Properties of Metamaterials by Mie Scattering for Efficient Sub-ambient Daytime Radiative Cooling
世界范围内产生的大量蛋壳生物废弃物在填埋场直接处理后会产生异味和微生物，因此蛋壳生物废弃物的管理已成为一个棘手的问题。在此，我们提出了一种新的方法，将有害的蛋壳生物废物转化为有价值的资源，用于能源管理应用。蛋壳基薄膜是通过将蛋壳粉末嵌入聚合物基质中来制备的，以实现高效的亚环境日间辐射冷却。受益于蛋壳颗粒/空气孔在太阳光谱中的米氏散射和蛋壳在中红外（中IR）范围中的强发射，蛋壳基膜在太阳光谱中呈现出0.96的高反射率和在中红外范围中呈现出0.95的高发射率，导致在白天和夜间期间比环境温度显著降低5°C和12°C的平均温度，分别此外，蛋壳基膜表现出优异的柔韧性和自清洁性能，这对于实际的长期户外应用是有益的。我们提出的设计提供了一种新的手段，对环境友好和可持续管理的蛋壳生物废弃物。
2023-01-24 physics.app-ph physics.optics
Flexible daytime radiative cooling enhanced by enabling three-phase composites with scattering interfaces between silica-microspheres and hierarchical porous coatings
日间辐射冷却由于其被动利用深空冷作为清洁和可再生能源的巨大潜力，近年来引起了人们的广泛关注。许多具有新型光子微纳米结构的先进材料已经被开发出来，以实现高效的日间辐射冷却器，其中柔性分层多孔涂层（HPC）是一个更突出的类别。然而，仍然难以精确地控制HPC内的随机孔隙的尺寸分布，通常导致在不同的涂层制造条件下在近红外光学区域处的太阳反射不足。我们在这里报告一个三阶段（即，空气孔相、微球相和聚合物相）自组装混合多孔复合涂层，根据屋顶测量，其显著增加平均太阳反射率，并且与周围环境和黑色油漆相比，分别产生约10摄氏度和30摄氏度的显著温度下降。Mie理论和蒙特卡罗模拟揭示了制备的两相多孔HPC低反射率的原因，而三相多孔复合涂层的光学冷却改善归因于在分级孔和适当质量分数的SiO2微球之间新生成的具有高散射效率的界面。因此，混合多孔复合材料方法提高了涂层的整体性能，这为柔性日间辐射冷却器提供了一种有前途的替代方案。
2021-02-23 physics.app-ph physics.optics
Tropospheric Ozone Formation Potential and Related Design Considerations for Radiative Coolers
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University “G. d’Annunzio” of Chieti-Pescara（基耶蒂-佩斯卡拉“G. d’Annunzio”大学）；Auburn University（奥本大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究通过零维光化学箱模型评估辐射冷却器对休斯顿对流层臭氧的影响，发现完全部署可使臭氧增加30%，并提出优化设计以平衡冷却性能与空气质量。
2026-09-16 physics.ao-ph physics.app-ph physics.optics
