納米光學輻射傳熱:從熱輻射增強理論到輻射制冷應用
關鍵詞：納米光學 輻射制冷 近場增強 冷凝水
摘要：熱輻射作為一種無處不在的物理現(xiàn)象,對于科學研究和工程應用都具有重要意義.傳統(tǒng)上對熱輻射的理解主要是基于普朗克定律,它描述了物體通過輻射交換能量的能力.而近年來的研究表明,由于微納光學材料在尺寸上遠小于熱輻射峰值波長,它們的熱輻射性質往往很大程度上有別于傳統(tǒng)黑體輻射理論所描述的宏觀物體.更重要的是,微納光學材料的熱輻射性質可以通過改變它們的幾何尺寸和微觀構型進行定量的優(yōu)化設計與精確調控.納米光學材料與輻射制冷效應的結合,給熱輻射效應在能源和環(huán)境等相關領域的應用提供了極具前景的應用價值.本文首先從熱輻射的基本原理和規(guī)律出發(fā),介紹納米結構熱輻射增強的發(fā)展進程和最新進展,包括二維材料間的近場熱輻射機理以及尺寸效應導致的遠場熱輻射增強;其次,介紹了近年來納米光學材料在輻射制冷應用中的重大進展,包括可以實現(xiàn)高效日間輻射制冷的各種納米光學材料設計;最后,進一步介紹了日間輻射制冷的各種實際應用,包括建筑物制冷、冷凝水收集、舒適衣物與太陽能電池降溫等.此外,展望了納米光學材料的輻射制冷技術在推動荒漠生態(tài)環(huán)境的治理與改造方面的廣闊未來.
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