Thermo-optisch gestaltete skalierbare photonische Filme mit hoher Wärmeleitfähigkeit für subambiente und überambiente radiative Kühlung

Zusammenfassung: Radiative Kühlung ist eine vielversprechende passive Kühlungstechnologie, die Sonnenlicht reflektiert und Wärme ohne Energieverbrauch ins tiefen All abgibt. Die aktuelle Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Kühlung von nicht wärmeerzeugenden Objekten (z.B. Wasser) auf eine tief subambiente Temperatur unter Sonnenlicht. Für reale Anwendungen bleibt es jedoch eine Herausforderung, Außenobjekte zu kühlen, die enorme Wärme erzeugen und eine Temperatur über der Umgebungstemperatur haben (z.B. Kommunikationsbasisstationen und Rechenzentren). Hier wird ein skalierbarer photonischer Film hergestellt, indem 2D-dielktrische Nanoplatten mit hoher Rückstreuungseffizienz in ein Polymer unter Verwendung eines simulationsgestützten thermo-optischen Designs eingeführt werden. Es wird gezeigt, dass die dielktrischen Nanoplatten den Kompromiss zwischen optischer Reflexion und thermischer Dissipation herkömmlicher radiativer Kühler aufbrechen können. Der photonische Film weist eine überlegene Sonnenreflexion (98%) auf und hat eine stärkere Wärmeabgabe im Vergleich zur Matrix. Er zeigt eine subambiente Kühlleistung von ≈4 °C unter direktem Sonnenlicht und eine Kühlleistung von ≈9 °C in der Nacht. Darüber hinaus zeigt er auch bemerkenswerte überambiente Kühlleistung, indem er die Temperatur des darunter liegenden Heizers um ≈18 °C im Vergleich zu traditionellen Polymeren unter Sonnenlicht senkt. Die hier berichteten dielktrischen Nanoplatten bieten eine innovative Strategie für Anwendungen im Zusammenhang mit Lichtmanagement über subambiente und überambiente radiative Kühlung hinaus.