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Al2O3掺杂无色聚酰亚胺/Ag柔性薄膜的辐射致冷性能

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硅酸盐学报 2024年第7期 2175-2186页

作者：梁冬冬任杰刘欢杨映新 Atsha Ambar 孙莹王聪北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学物理学院北京航空航天大学集成电路科学与工程学院

辐射致冷柔性薄膜作为冷却电子器件的候选材料受到广泛关注。然而材料和制备工艺的限制，很难同时具备优异的辐射致冷性能和热稳定性。通过溶胶凝胶法制备了Al2O3掺杂无色聚酰亚胺（CPI）薄膜，不仅利用Al2O3声子–增强共振增强了红外... 详细信息

辐射致冷柔性薄膜作为冷却电子器件的候选材料受到广泛关注。然而材料和制备工艺的限制，很难同时具备优异的辐射致冷性能和热稳定性。通过溶胶凝胶法制备了Al2O3掺杂无色聚酰亚胺（CPI）薄膜，不仅利用Al2O3声子–增强共振增强了红外辐射，而且超细Al2O3纳米粒子与分子链的相互作用提高了热稳定性。结果表明：Al2O3掺杂CPI/Ag复合膜随着Al2O3含量增加，中红外发射率逐渐增加而太阳光谱反射率逐渐减小，其中5%（质量分数） Al2O3掺杂CPI/Ag复合膜具有高的太阳光谱（0.4～2.5μm）反射率（91.12%）和中红外（5～20μm）发射率（92.15%）。在阳光直射下，其最大冷却温度比环境温度低7.7℃，可降低铝制器件表面温度最大11.1℃。此外，该复合膜表现出优异的热稳定性（玻璃化转化温度约为328℃和热分解温度约为554℃）。该研究结果为电子器件和航天器附件的高效辐射致冷提供了有效的策略。

关键词：柔性薄膜辐射致冷热稳定性电子器件

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辐射致冷用氮化硅薄膜的微观结构和光学性质

太阳能学报 2001年第3期22卷 302-305页

作者：梁宗存沈辉李戬洪中国科学院广州能源研究所广州510070

采用射频等离子体化学气相沉积 (PECVD)法制备了SiNx 薄膜。用X 射线荧光光谱、红外吸收光谱、红外反射光谱以及扫描电镜对薄膜的成分、结构、表面形貌和光学性质进行了初步研究。X 射线荧光分析表明SiNx 薄膜的组成为SiN0 .3 5。从红... 详细信息

采用射频等离子体化学气相沉积 (PECVD)法制备了SiNx 薄膜。用X 射线荧光光谱、红外吸收光谱、红外反射光谱以及扫描电镜对薄膜的成分、结构、表面形貌和光学性质进行了初步研究。X 射线荧光分析表明SiNx 薄膜的组成为SiN0 .3 5。从红外透过光谱可见 ,氮参加了反应并生成Si N键 ,薄膜中有少量的Si H键和N H键。红外反射光谱表明SiN0 .3 5薄膜是非常好的窗口材料 ,在 8～ 13μm波段内具有很低的反射率 ,8～ 13μm波段外反射率高 ,适合制备辐射制冷体。

关键词：氮化硅薄膜辐射致冷微观结构光学性质

基于SiO2超材料的日间辐射致冷器的设计和性能研究

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基于SiO2超材料的日间辐射致冷器的设计和性能研究

作者：姚华伟郑州大学

学位级别：硕士

能源是人类赖以生存的物质基础。然而,随着社会的高速发展能源短缺问题越来越严峻。由于新能源的发展才刚刚进入正轨,社会的运行依旧以传统的不可再生能源为主,但对传统不可再生能源的大量使用造成了能源危机以及全球变暖。其中传统建... 详细信息

能源是人类赖以生存的物质基础。然而,随着社会的高速发展能源短缺问题越来越严峻。由于新能源的发展才刚刚进入正轨,社会的运行依旧以传统的不可再生能源为主,但对传统不可再生能源的大量使用造成了能源危机以及全球变暖。其中传统建筑物致冷以及汽车致冷占据能源消耗的很大一部分。因此,有必要寻找合适的致冷方式来缓解能源危机和全球变暖等问题。辐射致冷是一种热辐射过程,它是利用物体或结构在大气透明窗口(8～13μm)的强辐射使得自身的热量通过热辐射传递到寒冷的外太空中(3 K),同时在太阳辐射波段(0.3～2.5μm)具有强烈的反射从而达到降低自身温度而不消耗任何能源的效果。该优异的无能耗特性使其具有很大的应用前景。自然界中单一的无机材料很难在大气透明窗口实现极高的宽波带吸收,因此他们本身的辐射致冷效果十分有限。为了使无机辐射冷却器在大气透明窗口处获得宽波带和高发射率,本文提出了两种二氧化硅超材料辐射冷却器并实现了良好的辐射致冷性能,具体研究成果如下:1.设计了中空锯齿状SiO超材料选择性辐射冷却器,并对其进行数值研究。所设计的辐射冷却器由底层的Ag,中间SiN层以及顶部中空锯齿状SiO组成。通过对顶部结构的优化获得了在大气透明窗口处高达98.7%的平均发射率。为了揭示增强的吸收率,分析了超材料结构在共振峰处的局域电场分布,并且该增强吸收可以用蛾眼效应很好地解释。我们还研究了顶部中空锯齿状的几何结构参数和不同入射角对其平均发射率的影响。当所设计的辐射冷却器处于常温时(300 K),其在白天的净冷却功率可以达到100.6 W/m。在非辐射换热条件下其温度可低于环境温度13℃。该研究结果对大气透明窗口处的宽带高发射应用于日间辐射致冷器提供了良好的设计思路。2.研究了基于无机材料SiO和TiO组成的梯度多层膜选择性辐射冷却器。所设计的结构由五个单元组成,每个单元的厚度一定并且包含SiO和TiO两层。其中TiO在单元中所占的比例逐渐升高,SiO所占的比例逐渐减小,形成梯度多层膜。计算结果表明所设计辐射冷却器在8～13μm范围内的平均发射率为89.7%,并且能够反射96%的入射太阳辐射。通过与其它辐射冷却器的辐射性能进行对比,证实了该结构具有较为优异的冷却性能。最后研究了该结构在不同非辐射换热系数下的冷却功率。

关键词：辐射致冷超材料宽波带吸收选择性辐射大气透明窗口

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辐射致冷

激光与红外 1971年第5期 11-20页

一、引言宇宙空间的高真空,以及星际间的有效低温,是将宇宙飞船部件被动地辐射冷却到低温的必要条件。辐射致冷器本身的寿命很长,不需要传动部件,不需要储存冷却剂,消耗的功率极少,够调温使用即可。辐射致冷的快速而灵敏的探测器,可以... 详细信息

一、引言宇宙空间的高真空,以及星际间的有效低温,是将宇宙飞船部件被动地辐射冷却到低温的必要条件。辐射致冷器本身的寿命很长,不需要传动部件,不需要储存冷却剂,消耗的功率极少,够调温使用即可。辐射致冷的快速而灵敏的探测器,可以用在一系列宇宙红外仪器中,包括的波长为从可见到16微米。在3.4～4.2微米的大气窗内,可用简单的单级辐射致冷器冷却到200°K的PbSe

关键词：视角因数发射率冷却片致冷器宇宙飞船航天飞船单向反射辐射致冷

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大气气溶胶对远红外窗口辐射致冷的影响

工程热物理学报 2013年第1期34卷 121-124页

作者：晏然袁远张旭升帅永谈和平哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

本文针对CO_2减排,讨论了辐射致冷理论的相关问题。由于高层大气或外宇宙空间温度极低,可以此作为冷源,利用8～13μm的大气远红外窗口进行辐射散热,以降低能源消耗和CO_2的排放,削弱温室效应。在量化分析过程中,大气中气体辐射特性与气... 详细信息

本文针对CO_2减排,讨论了辐射致冷理论的相关问题。由于高层大气或外宇宙空间温度极低,可以此作为冷源,利用8～13μm的大气远红外窗口进行辐射散热,以降低能源消耗和CO_2的排放,削弱温室效应。在量化分析过程中,大气中气体辐射特性与气溶胶粒子辐射特性对其散热效果起到决定性作用。本文对0.2～20μm波段的辐射通过大气层时,由于气溶胶粒子散射和吸收造成的衰减进行了米氏散射模型计算,验证了8～13μm大气远红外窗口在辐射致冷中的关键作用,并针对辐射致冷理论应用于CO_2减排进行了相关理论性分析。

关键词：辐射致冷气溶胶衰减系数 CO_2减排

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辐射致冷系统装置的实验研究

制冷学报 2011年第4期32卷 48-52页

作者：程亚利左然江苏大学能源与动力工程学院镇江212013

设计了几种辐射致冷装置,以空气作为制冷剂,利用聚酯(PET)薄膜作为辐射体材料,低密度聚乙烯膜(LDPE)作为盖板材料,进行夜间实验。在静态对比实验中,装置水平放置的实验结果表明,PET与环境的最大温差为9.9℃,装置内空气与环境的最大温差... 详细信息

设计了几种辐射致冷装置,以空气作为制冷剂,利用聚酯(PET)薄膜作为辐射体材料,低密度聚乙烯膜(LDPE)作为盖板材料,进行夜间实验。在静态对比实验中,装置水平放置的实验结果表明,PET与环境的最大温差为9.9℃,装置内空气与环境的最大温差为7.2℃;装置倾斜放置?,在相同的夜晚条件下,倾斜45°角得到的致冷效果最佳,内部空气与环境的最大温差为7.6℃。在不同风速的连续抽气实验中,风速为0.6m/s～0.8m/s?,装置的出口空气与环境的温差最大,最大为5.2℃,且整夜温差相对较平稳。通过计算,装置的有效致冷功率为73.6W/m2。

关键词：热工学辐射致冷 PET薄膜致冷功率温差

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太空辐射致冷空调装置的实验研究

制冷学报 2010年第2期31卷 57-62页

作者：芮智刚左然江苏大学能源与动力工程学院镇江212013

针对辐射致冷进行了可行性研究。首先介绍了辐射致冷的原理和实现方法,然后利用红外发射率测定仪测定了碳黑、TiO2、NaCl晶体、聚酯(PET)薄膜与聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的红外发射率,并间接测定了低密度聚乙烯薄膜(LDPE)对于不同材料的透... 详细信息

针对辐射致冷进行了可行性研究。首先介绍了辐射致冷的原理和实现方法,然后利用红外发射率测定仪测定了碳黑、TiO2、NaCl晶体、聚酯(PET)薄膜与聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的红外发射率,并间接测定了低密度聚乙烯薄膜(LDPE)对于不同材料的透过率。最后研制了利用空气为冷媒介质的辐射致冷实验装置,进行了夜间静态和连续抽气实验。实验结果表明:分别用PET薄膜和PTFE薄膜作为辐射体,静态实验时,可获得与环境的最大温差分别为11℃和9℃;连续抽气实验时,装置出口处冷空气与环境的最大温差分别为4.7℃和5.4℃。通过计算,装置的有效致冷功率为74.5W/m2,故该装置可实现节能型建筑夏季夜间的连续降温。

关键词：热工学辐射致冷发射率透射率 PET薄膜 PTFE薄膜

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一种新型太空辐射致冷装置的实验研究

制冷学报 2010年第4期31卷 57-62页

作者：芮智刚张旭朋程亚利江苏大学能源与动力工程学院镇江212013

分析了辐射致冷的可行性,然后利用红外发射率测定仪测定了几种材料的红外发射率。研制了利用空气为冷媒介质的辐射致冷实验装置,并依据发汗致冷的原理设计了一种新型装置,在同一条件下进行了对比实验。实验结果表明:分别用PET薄膜和PTF... 详细信息

分析了辐射致冷的可行性,然后利用红外发射率测定仪测定了几种材料的红外发射率。研制了利用空气为冷媒介质的辐射致冷实验装置,并依据发汗致冷的原理设计了一种新型装置,在同一条件下进行了对比实验。实验结果表明:分别用PET薄膜和PTFE薄膜作为辐射体,当室外环境温度为29℃时,静态实验可获得与环境的最大温差分别为11℃和9℃;连续空气流动实验时,装置出口处冷空气与环境的最大温差分别为4.7℃和5.4℃,利用发汗致冷原理制成的装置,稳定后装置出口处冷空气与环境的最大温差为7.8℃,通过计算该工况下的致冷功率达到116W/m2,故该装置可实现建筑夏季夜间的连续降温。

关键词：热工学辐射致冷 PET薄膜 PTFE薄膜发汗致冷连续空气流动实验

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辐射致冷的实验研究

太阳能学报 2000年第3期21卷 243-247页

作者：李戬洪江晴中国科学院广州能源研究所广州510070

筛选了一批可用于辐射致冷的化合物 ,对致冷辐射体的制作工艺进行了探索和研究 ,并对辐射致冷效果进行了测试 ,实现了致冷空间温度比环境温度低 9.6℃的结果 ,还进行了实际应用的尝试。

关键词：辐射致冷大气窗口光谱选择性实验