Passive radiative thermal management using phase-change metasurfaces

相变 辐射传输 电子设备和系统的热管理 相(物质) 热的 相变材料 环境科学 建筑工程 遥感 材料科学 工程物理 物理 光学 气象学 地理 工程类 机械工程 量子力学
作者
Leena Singh,Erbin Qiu,Andrew Cardin,Aiping Chen,Ting S. Luk,Jon A. Schuller,Diego A. R. Dalvit,Iván K. Schuller,Wilton J. M. Kort-Kamp,Abul K. Azad
出处
期刊:JPhys photonics [IOP Publishing]
卷期号:7 (2): 025028-025028 被引量:2
标识
DOI:10.1088/2515-7647/adc9eb
摘要

Abstract Realizing innovative composite materials with passive thermal management capabilities and minimal ecological footprints is a challenging but much sought-after goal that would have a transformative effect on renewable energy sciences. We demonstrate an environmentally friendly metasurface utilizing vanadium dioxide (VO 2 ) that offers responsiveness to ambient temperature and potentially long-term stability. The metasurface enables passive thermal management by self-adjusting its absorptivity and emissivity response over a broad bandwidth ranging from visible to mid-infrared (IR) wavelengths. Above the VO 2 phase transition the metasurface exhibits increased mid-IR emissivity and reduced visible/near-IR absorptivity, creating an efficient radiative emission channel in the first atmospheric transparency window with reduced absorption of solar radiation. In contrast, below VO 2 ’s transition temperature, the metasurface increasingly absorbs sun light while minimizing mid-IR radiative heat losses. Moreover, a functional silicon layer eliminates the need for an additional capping layer commonly employed to protect VO 2 from environmental degradation. The additional protective layer often impedes the use and performance of VO 2 based devices in terrestrial as well as spacecraft applications. Therefore, the proposed durable and eco-friendly metasurface will be an excellent candidate for essential passive thermal regulation systems across residential and terrestrial applications.
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