Structurally Colored Photonic Crystal Biomimetic Microstructures for Daytime Radiative Cooling

材料科学 白天 有色的 辐射冷却 光子晶体 微观结构 辐射传输 光电子学 Crystal(编程语言) 光学 纳米技术 复合材料 气象学 大气科学 地质学 程序设计语言 物理 计算机科学
作者
Lili Yang,Gang Wang,Shuxian Duan,Jinrui Zhang,Chong Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (45): 62827-62837 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10050
摘要

Daytime radiative cooling offers a novel solution to the energy crisis, enabling green and efficient thermal management in space. High reflectance in the solar spectrum is essential for passive radiative cooling, rendering dye coloring and similar methods unsuitable for colored coolers. This paper presents a structurally colored photonic crystal biomimetic microstructured radiative cooler. Inspired by natural biological systems, this cooler features a dual-layered microtruncated-cone array structure on the surface and bottom membrane layers. The silver reflector and 3D micrograting surface structure produce continuous iridescent colors through multiple interference effects. Optimized lithographic process enable the fabrication of the ordered dual-layer surface microstructure arrays with precise angular combinations. The dual-layered microtruncated-cone introduces a gradient refractive index, reducing impedance mismatch at the interface. As a result, the radiative cooler achieves high solar spectral reflectance (0.95) and high mid-infrared emissivity (0.95). Notably, the net theoretical cooling power and the subambient temperature drop are 106.9 W m-2 and 7.4 °C, respectively, at an ambient temperature of 40 °C, with a measured average temperature reduction of 6.1 °C under direct sunlight. This performance matches that of advanced radiative coolers, striking a balance between aesthetics and radiative cooling capability.
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