Thermal Rectification Dynamics Enabling Adaptive Thermal Safety Management via Anisotropic Coating

材料科学 涂层 热导率 复合材料 各向异性 热传导 热透过率 热的 传热 热障涂层 图层(电子) 发射率 导电体 整改 热接触电导 热能 传热系数 热阻 热接触 光电子学 辐射冷却 热传递 能量转换效率 光学 热电效应 低发射率 热流密度 宽带 热膨胀 热能储存 相(物质) 热电冷却 相变材料
作者
Liangyuan Qi,Junwei Li,Tianyang Cui,Qianjian Yong,Wei Cai,吕松 Lü Song,Jixin Zhu,Bin Fei,Zhou Gui,Yu Hu,Weiyi Xing
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (58) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.76701
摘要

ABSTRACT Directional thermal control is a critical requirement in adaptive thermal management, with applications spanning from spacecraft to self‐heating devices. Herein, an anisotropic coating is introduced that enables passive, thermal conductivity difference‐based directional heat transfer on device surfaces without external energy input. The thermal conductivity contrast between the phase change cooling layer and a graphene‐based conductive layer produces a pronounced thermal rectification effect, yielding a maximum rectification coefficient of 3.96. The anisotropic coating further enhances heat dissipation, blocks external heat influx, and improves thermal utilization via synergy with phase‐change. Furthermore, this structure achieves a solar reflectance of 95.13% and a mid‐infrared emissivity of 95.56% by integrating hollow scatterers with a broadband infrared‐radiative polyurea matrix. During the daytime, the anisotropic coating reduces internal and external temperatures by up to 13.1°C and 7.4°C, respectively, compared to commercial white coating. Even with an internal heat source (50°C), temperature reductions of 3.9°C and 1.6°C are maintained. The cooling power of the composite coating is enhanced by 71.6%, highlighting the roles of thermal rectification. In addition, the anisotropic coating exhibits robust adhesion and hydrophobicity on various substrates. Ultimately, this design effectively mitigates critical thermal hazards‐overheating and fire—in high‐power‐density electrical equipment.
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