Hierarchical-Morphology Metal/Polymer Heterostructure for Scalable Multimodal Thermal Management

材料科学 热发射率 辐射冷却 太阳能 光电子学 辐射传输 零能耗建筑 核工程 环境科学 复合材料 工程物理 光学 气象学 梁(结构) 电气工程 物理 工程类
作者
Zhangbin Yang,Yu Jia,Jun Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (21): 24755-24765 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsami.2c03513
摘要

The cooling and heating energy consumption of buildings poses a serious threat to the energy supply and increases greenhouse gas emissions, thus adversely impacting global warming and the long-term climate change trends. Here, inspired by the structure of the louver, this work demonstrates a multimodal device that integrates radiative cooling, natural lighting, and solar heating to deal with the grand challenge of building energy consumption. The blades integrate a selective radiative cooling material with a solar heating material. The selective radiative cooling material (solar reflectance ∼97%, selective emittance ∼0.82 in the 8-13 μm waveband) combines a solar reflective melt-blown polypropylene film and a solar transparent mid-infrared emitter polyethylene/silicon dioxide film. In addition, the heating material (solar absorptance ∼91%, thermal emittance ∼0.04) is zinc (Zn) film deposited with copper (Cu) nanoparticles, based on the Cu-Zn galvanic-displacement reaction. Hence, by rotating the blades, the conversion of radiative cooling, solar heating, and natural lighting functions can be realized. In the daytime, the multimodal device displays a subambient temperature of 4 °C, a superambient temperature of 2 °C, and a superambient temperature of 5 °C for the cooling mode, transmitting mode, and solar heating mode, respectively. On the basis of the energy-savings simulation, integrating these modes and dynamic converting these modes in the corresponding climate could save ∼746 GJ in the contiguous United States for one year (38% of the baseline energy consumption), which is equivalent to ∼147 tons of carbon dioxide emission reduction. Because of its excellent multimodal thermal management performance, this multimodal device will push forward the transformative change of building thermal management toward decarbonization and sustainability and being more green.
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