近日,中红外辐射制冷这一基于中红外波段(3 - 5微米)热辐射原理的被动式制冷技术引发关注。该技术通过材料设计和结构优化实现高效散热,在多个领域展现出巨大潜力。
中红外辐射制冷的工作原理基于对大气窗口的利用以及材料的选择性发射与反射。中红外辐射(3 - 5微米)与8 - 13微米的长波大气窗口互补,可穿透大气层将热量辐射至外太空,实现无能耗冷却。同时,材料需在中红外波段具有高发射率(>0.9),在太阳光谱(0.3 - 2.5微米)具有高反射率(>90%),以减少太阳吸收。
关键材料与技术方面,二氧化硅(SiO₂)基材料表现突出。镁(Mg)或硼(B)掺杂的SiO₂纳米颗粒可增强中红外发射率,无机多孔涂层(如Mg掺杂SiO₂)兼具高太阳反射率(86%)和中红外发射率(0.96),温降可达3 - 5℃。复合结构设计也有亮点,双层伞形微桥结构或折叠光路可提升填充系数和热敏材料性能,降低热导率,陶瓷粘结层与保护层结合则增强了机械强度和抗紫外线能力。

在应用领域,中红外辐射制冷技术广泛。在航空航天与军事领域,中波制冷红外(MWIR)技术用于目标探测、夜视和热成像,穿透雾霾能力强,适用于恶劣环境;在工业与建筑领域,辐射制冷涂层可集成于交通工具表面,降低设备温度,减少传统空调能耗;在环境监测与能源领域,辐射制冷材料可应用于光伏组件降温,提升发电效率,减少碳排放。
不过,该技术也面临一些挑战。材料在中红外波段的发射率与理想值仍有差距,需进一步优化掺杂工艺和结构设计,长期户外应用中,紫外线降解和湿度影响需通过复合涂层解决。未来,纳米技术、集成化和规模化生产将是其发展趋势,如开发新型纳米光子结构、与热电发电和隔热材料结合以及采用低成本制造工艺推动商业化应用。
总体而言,中红外辐射制冷通过材料创新和结构设计,实现了高效、环保的被动式冷却,未来需进一步突破材料性能与规模化生产瓶颈,以推动其广泛应用。