A Dual‐Mode Infrared Asymmetric Photonic Structure for All‐Season Passive Radiative Cooling and Heating

材料科学 辐射冷却 红外线的 辐射传输 光子学 天空 热的 热辐射 光电子学 光学 物理 气象学 热力学
作者
Kally Chein Sheng Ly,Xianghui Liu,Xuemeng Song,Chengyu Xiao,Pan Wang,Han Zhou,Tongxiang Fan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (31) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202203789
摘要

Abstract Radiative cooling is a revolutionary sustainable thermoregulating technology in favor to fight against global warming and urban heat island effects. However, the conventional designed high infrared emissive coolers do not function satisfactorily under atmospheric counter radiation (cloudy, humid, reduced sky access conditions) nor for all‐season thermal requirement (cooling and/or heating). Dual‐mode asymmetric photonic mirror (APM) consisted of silicon‐based diffractive gratings is presented, approaching an all‐season and all‐terrain optimized radiative thermal regulation. Based on the mechanism of asymmetric diffraction through high refractive index contrast mediums, the designed APM establishes an asymmetric radiative heat transfer channel for cooling and heating. An average infrared asymmetry of 20% for outgoing and incoming radiation is achieved by the fabricated APM. The remarkable cooling power of APM surpasses 80% over the standalone radiative cooler (RC) for counter radiation conditions. Under cloudy sky, the cooling‐APM achieves 8 ° C lower than RC standalone, while the heating‐APM 5.7 ° C higher, which presents prominent advantages over conventional coolers for different thermal management needs. The proposed dual‐mode infrared asymmetric photonic structure is promising to overcome shortcomings of conventional radiative cooling and offers breakthrough developments in future energy‐saving thermal management system.
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