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前沿院娄晓杰教授课题组两名毕业生近期先后在《Science》发表新型制冷技术论文

来源:      发布时间:2024-01-05     点击量:

随着全球科技进步和生活方式的快速变化,能源消耗和环境污染问题变得日益突出。现行的制冷、空调和热泵系统主要依赖蒸汽压缩技术,该技术使用的氢氟碳化合物对环境造成了严重影响,导致的温室气体排放占全球总排放量的10%。这些蒸汽压缩制冷系统不仅产生大量间接二氧化碳排放,而且其制冷剂泄漏也是大气污染的重要源头。目前,全球约10%的电能被用于驱动建筑物的空调系统,预计到2050年这一数字将翻倍。面对这些挑战,同时减轻对电网的依赖并缓解全球变暖带来的影响,开发低碳排放的新型制冷技术刻不容缓。

2023119日,美国马里兰大学材料科学与工程系胡良兵教授团队在Science期刊发表题为“A solution-processed radiative cooling glass”的辐射制冷技术研究论文。胡良兵教授为论文通讯作者,论文共同第一作者为赵新朋博士、李堂源博士、谢华博士、刘鹤博士,均为云鼎国际4118welcome校友。其中,李堂源博士毕业于西安交通大学前沿院,导师娄晓杰教授

在该研究中,赵新朋、李堂源、谢华、刘鹤博士等人设计并制备了一种随机光子复合材料,该材料由微孔玻璃框架和氧化铝颗粒组成。微孔玻璃框架具有选择性发射低温红外辐射的特点,同时具有相对较高的太阳反射率。氧化铝颗粒可强烈散射太阳光,并在制造过程中防止多孔结构致密化。在高湿度(高达80%)条件下,基板温度在中午也能比环境温度(30 ℃)低3.5 ℃,在夜间(环境温度17.5 ℃)低4 ℃。除了其优异性能外,这种冷却玻璃还具有与基材(如瓷砖、砖、玻璃和金属)的高粘合强度。即使暴露在水、紫外线、污垢和高温火焰冲击(高达1000 ℃)等恶劣条件下,也能保持较高的太阳反射率。因此,这种用于被动辐射冷却的简单、可扩展、具有成本效益和环境稳定性的玻璃涂层既能减少能源消耗、帮助减缓全球变暖,又能改善居住舒适度。

20231116日,卢森堡科学技术研究所Emmanuel Defay教授团队在Science期刊发表题为“High cooling performance in a double-loop electrocaloric heat pump”的电卡制冷技术研究论文,Emmanuel Defay教授为论文通讯作者。论文第一作者为李俊宁博士(硕士毕业于西安交大前沿院,导师:娄晓杰教授)。

在该研究中,李俊宁博士等人提出了一种新型电卡冷却器。针对目前电卡制冷最高功率仍然低于1 W,远远低于普通商用制冷机百瓦量级这个难题,他们优化了可再生式制冷机的几何结构。在最优的结构下,研究人员得到了一个温跨(冷端和热端的温差)可达到20 K的器件。然后,他们利用了一种双回路的方法(该方法由JAKA TUŠEK教授首先提出,并被应用在弹卡制冷样机中),并系统测试了此原型机的制冷功率。在温跨达到2.2 K的条件下,其制冷功率高达4.2 W。这一成果表明电卡制冷器件可以实现瓦级别的制冷。同时,研究人员也测试了器件在输入的电能被回收利用的情况下的工作效率,这一数值达到了64%,非常接近电卡制冷的理论数值(因为理论上制冷器件的工作效率是高于传统制冷机的)。

 

论文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi2224

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5477

 

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