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刊登Science!i2Cool新型制冷陶瓷取得重大突破

2023-11-10 09:53   来源: 互联网

i2Cool全新研发,登上SCI顶级期刊!

近日,香港城市大学能源及环境学院曹之胤教授成功研发出一款新型陶瓷形式的被动辐射制冷材料(简称:制冷陶瓷),该项研发深度挖掘了被动辐射制冷技术在实际应用上的潜能,将辐射制冷技术从学术研究真正推向规模化的实际应用。

该研究成果以题为“Hierarchically Structured Passive Radiative Cooling Ceramic with High Solar Reflectivity”的研究文章在国际著名学术期刊Science杂志上发表。

作为全球顶级科研期刊、世界权威学术期刊之一,i2Cool科研团队的最新研究发表,标志着制冷陶瓷材料在科学与产业领域具备巨大潜力,为学术、商业和国际合作带来广泛影响。



文章作者,从左至右分别为:何梓聪、林凯昕、曹之胤、朱毅豪、陈思如

突破传统瓶颈,为建筑节能带来新契机!

被动辐射制冷技术,作为一项绿色环保、零耗能的制冷技术,是近年来备受关注的新兴技术。其应用领域广泛,覆盖了从户外设施到建筑楼宇等多个领域,并具有广阔的应用前景。然而,辐射制冷材料的研发难以同时兼顾制冷效率和实用性,这是我们一直想要攻克的的技术难点。通过我们团队的共同努力,我们成功地打破了这一僵局,为制冷领域带来了重大的飞跃。

提高材料的太阳光反射是研发重点。辐射制冷效果好坏取决于材料表面的两个光学性能:一个是太阳光波段的反射率,决定了阻绝太阳光热吸收的能力;另一个是中红外波段的辐射率,决定了材料透过大气层向外太空的辐射散热能力。我们的研究团队分别分析了材料太阳光波段(0.25-2.5微米)反射率及对中红外辐射率(8-13微米)制冷功率的影响。研究表明,通过提高太阳光波段反射率所获取的制冷功率的提升,要远大于提高中红外辐射率,而这也成为了该项研究的突破点,为实现更高效、更环保的制冷技术提供了新的可能性。



太阳光反射率(左)与中红外辐射率(右)对制冷功率的影响

*图片来源于本次发表于《Science》的论文

小生灵带来的大启发!破纪录99.6%的太阳光反射率!

i2Cool研发团队在大自然中得到了启发,发现Cyphochilus 这种超白昆虫,它的身体覆盖着微小多孔的绒毛,赋予它卓越的可见光反射性能。这启发了我们,利用散射理论模型,进一步优化了多级多孔结构,使其在全太阳光波段上高效地散射光线。通过相变和高温烧结的工艺方法,我们成功制备了一种氧化铝陶瓷材料,即制冷陶瓷。

由于氧化铝拥有较高太阳光波段折射率,制冷陶瓷可将太阳光的吸收控制在最低限度。同时因为拥有多级多孔结构,太阳光能够更有效地发生散射。在双重因素作用下,制冷陶瓷表现出的99.6% 的太阳光反射率,突破当前辐射制冷领域记录,且具备96.5%的高中红外辐射率在光学性能上,制冷陶瓷已经走在辐射制冷领域前沿。



白色甲虫Cyphochilus (上) 与制冷陶瓷(下)

*图片来源于本次发表于《Science》的论文

从学术研究走向实际应用,减少空调能耗达20%以上!

制冷陶瓷能够保持全天低于环境空气温度的制冷效果,即使在正午阳光猛烈的时候,制冷陶瓷仍能保持其表面温度低于环境空气温度超过4摄氏度。

为验证制冷陶瓷降低能耗的潜力,研究团队在香港地区将制冷陶瓷铺设在建筑模型的屋顶上,不开空调的情况下,铺设制冷陶瓷的建筑模型室内温度最高降幅可达2.5摄氏度。而在开空调的情况下,铺设制冷陶瓷的建筑模型的空调耗能更是减少达20%以上 。



制冷陶瓷在建筑模型实地测试结果(左图)

与全球范围建筑节能模拟结果(右图)

*图片来源于本次发表于《Science》的论文

制冷之外,还有超高稳定性!

不仅在制冷方面表现出色,制冷陶瓷还具有强大的机械性能。在高太阳反射率的情况下,制冷陶瓷能够维持超疏水性,这赋予了制冷陶瓷材料优越的自清洁能力。制冷陶瓷还能够承受超过1000摄氏度的高温,并具备满足建筑外墙应用标准的机械强度。

此外,制冷陶瓷由全无机材料制成,解决了含有机聚合物的辐射制冷材料紫外线老化问题。在长达一年的户外曝光测试中,制冷陶瓷的光学性能并无明显下降,这意味着制冷陶瓷更加耐用,可以在各种气候条件下长时间使用。

多种颜色,满足不同场景需求!

i2Cool研究团队还研制了不同颜色的制冷陶瓷,进一步拓展了应用的受众和场景。相比市面上普通的有色瓷砖,有色制冷陶瓷能够在呈现相同颜色的情况下达到更高的近红外反射率,从而降低太阳照射下所产生的热负荷,达到显著的制冷效果。



白色制冷陶瓷及有色制冷陶瓷

制冷材料的重大飞跃,更是新的起点!

i2Cool团队的新型制冷陶瓷研究在《Science》正刊亮相,是我们不断追求科学创新和卓越的结果。我们深知这只是一个新的起点,我们将继续努力,推动技术的发展,并与全球合作伙伴共同探索更广阔的应用领域。我们相信,通过我们的不懈努力和持续创新,i2Cool将为全球制冷领域带来更多突破性的研发,为创造更舒适、可持续的未来做出贡献,让我们一起见证这一切的到来!



创冷科技 (i2Cool) 是一家由香港城市大学HK Tech 300项目孵化的科技初创公司,团队成功研发领先全球的零耗能、无需制冷剂的被动式辐射制冷涂料已落地应用。无电制冷涂层是创冷科技首个商业化的产品,于2022年9月正式推出市场。该涂料是以外太空为制冷源头,通过高效的太阳反射和中红外热辐射实现低于环境温度的制冷效果。目前无电制冷涂层的应用行业遍布建筑、光伏、储罐、工业制造等多个领域,市场拓展至东南亚、中东、欧美等地,加速节能科技在全球的落地步伐。创冷科技致力于令节能创新科技融入大众的日常生活,缓解能源短缺,推动可持续发展和经济增长,迈向碳中和!



责任编辑:卢编
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