A Trilayer Structure with Surface Binary Microsphere Array for Radiative Cooling and Heating Regulation

发射率 材料科学 辐射传输 红外线的 被动冷却 辐射冷却 光电子学 环境科学 热的 核工程 光学 气象学 物理 工程类
作者
Tong Wang,Shuqi Zhang,Qian Zhu,Jie Zhang,Yu Zhang,Yanping Du,Limin Wu,Miṅ Gu,Yinan Zhang
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:11 (7): 2815-2823 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.4c00833
摘要

Passive daytime radiative cooling is of tremendous interest but would overcool during cold nights or winter days, exacerbating the heating cost, especially in high-latitude areas. Integrating the heating and cooling in one photothermal system can avoid cooling penalties and potential barriers for wide practical scenarios. Herein, we demonstrate a trilayer structure with visible and infrared spectral engineering for all-season radiative cooling and heating. The cooling mode with a solar reflectivity of 0.95 and a mid-infrared emissivity of 0.98 endows a comparable daytime subambient cooling of 9.8 °C with a theoretically net cooling power of 76.6 W/m2. Meanwhile, the heating mode with a solar absorptivity of 0.88 and a mid-infrared emissivity of 0.28 yields a daytime above-ambient heating of 16.3 °C with a theoretical net heating power of 667.8 W/m2. Promisingly, the surface binary microsphere array further enhances the mid-infrared emissivity, superhydrophobicity, and environmental durability, making the trilayer structure a viable pathway for thermal management with great potential in electricity savings and CO2 emission reduction. This work offers new possibilities for designing next-generation radiative cooling materials, greatly widening the scope of use.
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