局域表面等离子体共振对被动辐射制冷的增强效应研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laowu000001
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辐射制冷作为一种被动式制冷技术,近年来在降低制冷能耗方面显示出巨大的潜力。尽管大量的努力投入到实现日间辐射冷却方面,近年来报道的辐射冷却功率不断被刷新记录,但是关于这种技术的理论冷却极限仍然不清楚。因此,我们提出了一个理论上的制冷功率上限,并利用金属氧化物的局域表面等离子体共振(LSPR)对聚合物基材料的发射率增强,以获得接近这个理论极限的辐射制冷功率。通过一步液相法合成了锡掺杂氧化铟(ITO)纳米颗粒,并通过降低Sn掺杂浓度调控纳米晶的LSPR峰位,最终在空位本征掺杂氧化铟(In2O3)上发现红移至大气窗口(8-13μm和16-28μm)波段的LSPR。除了氧化铟外,我们还在低掺杂浓度的铝掺杂氧化锌(AZO)和镓掺杂氧化锌(GZO)中也实现了调控至大气窗口的LSPR。制备了具有理想红外吸收光谱的氧化铟纳米粒子后,将其混合到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中一起制成薄膜,通过对测量的氧化铟和PMMA的光谱数据提取拟合,确定了复合薄膜的发射率最大化所需要的厚度和氧化铟的浓度。最终制备的复合薄膜含有4.5%体积分数的In2O3纳米颗粒,厚度为28.9μm,成功实现对薄膜在初级和次级大气窗口的发射率提高。利用ATRAN提供的大气光谱计算了黑体发射器在全波段(2-28μm)的极限制冷功率,并通过最小二乘法拟合出计算极限功率与环境温度的经验关系式。最后利用热补偿法测量了制备的复合薄膜制冷功率,得到的结果与理论极限值非常接近,最接近的值仅比极限值低0.4 W/m~2。
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