盖世汽车讯 辐射传热是自然界最关键的能量传递机制之一。然而，传统的黑体辐射由于其固有特性，如无方向性、非相干性、广谱性和非偏振性，导致辐射体与周围所有物体之间进行能量交换，大大限制了传热效率和热流控制。这些限制阻碍了它的实际应用。

据外媒报道，由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（CIOMP）的李炜教授领导，与斯坦福大学范汕洄教授团队和纽约城市大学Andrea Alu教授团队合作，设计出具有跨尺度对称性破坏、角度不对称和光谱选择性热发射的定向发射器，实现了垂直表面的白天亚环境辐射冷却。相关论文发表于期刊《Science》，阐述了利用热光子学实现了热辐射在角度和光谱上的跨波段协同控制。

图片来源：期刊《Science》

“以前的辐射冷却器通常表现出全向热辐射特性，因此仅适用于水平表面。然而，当应用于垂直表面时，对寒冷天空的视野会大大减少。同时，它们必须从地面、周围物体和大气中吸收大量热量。这导致垂直表面上的亚环境辐射冷却失败。” 李炜教授表示。

为了应对这一挑战，研究人员利用热光子学实现了角度和光谱上热辐射的跨波段协同控制。他们使用跨尺度对称破坏结构设计了一种角度不对称且光谱选择性的热发射器（AS发射器）。

该AS发射器由锯齿光栅组成，上面覆盖着紫外-可见反射、红外透明的纳米多孔聚乙烯（nanoPE）薄膜。Ag层和nanoPE薄膜的组合可在整个太阳波长范围内产生强反射。SiN层由于其声子极化共振而提供光谱选择性发射，最外层的Ag层旨在反射地面的热辐射。

“我们的AS发射器全天保持稳定温度，远低于环境温度。即使在阳光最强烈的情况下，AS发射器仍保持低于环境温度2.5℃的温度，与传统的高性能辐射冷却器和商用白漆相比，温度分别降低了4.3℃和8.9℃。得益于我们的设计策略能够灵活地调整热辐射的角度覆盖范围，我们可以根据实际情况重新设计AS发射器。即使我们将AS发射器面向炎热的建筑物墙壁，它仍然可以实现低于环境温度的辐射冷却。”论文第一作者、李教授团队的助理教授Fei Xie表示。

展望未来，李炜教授设想该设计策略也可以应用于各种常见的涉及倾斜或垂直表面的现实场景，例如墙壁、衣服、车辆侧面；而AS热辐射能力则可能对减少供暖和全球能源消耗产生影响。

这项创新工作突破了传统辐射冷却器只能在水平表面上发挥作用的限制，实现了辐射冷却技术从水平表面到实际三维场景的维度飞跃。它还为能源和可持续发展领域开辟了新的可能性，为各种应用中的节能技术提供了新的热管理解决方案。