具有高反射率與優異熱放射率之陶瓷材料,可望緩解城市熱島現象

 

刊登日期:2024/1/9
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香港城市大學開發了一種具有高太陽反射率的被動式輻射冷卻(Passive Radiative Cooling; PRC)陶瓷材料,擁有氧化鋁(Al2O3)粒子分散其中的多孔結構,對於太陽輻射區域的波長具有高反射率,對中紅外線區域的波長則有高熱放射能力。應用於建築物外部時,在白天時段可發揮130 W/m2的冷卻效果。由於不需要能源或冷媒進行冷卻,具有高成本效益與耐久性,適用於建築物等各類用途,可望有助於減緩全球暖化影響。

近年來,應用塗佈、薄膜、氣凝膠等的PRC相關技術研發與應用研究日漸活躍,而利用控制光傳播與改變折射率之奈米光子結構的PRC亦受到關注,且透過實證或模擬已證明了其優異的PRC效果。然而,目前的成本仍較高,缺乏多種用途的靈活性,要達到廣泛的實用化仍有所限制。雖有低價的光子高分子可予以取代,但仍有缺乏耐候性、太陽光反射效率較低等問題。

有鑑於此,香港城市大學透過利用具有多層結構的多孔陶瓷,投入了具有高成本效率、高耐久性且可應用於建築物等多種用途的PRC材料開發。研究結果發現,資源豐富的Al2O3粒子分散在多層多孔結構中可以獲得優異的PRC效果。研究團隊利用以Al2O3粉末與PES樹脂混合製成的溶液,透過簡單、可大規模生產之相轉換與燒結的2階段製程,成功獲得了多層多孔質結構。最終因高分子成分蒸發而未殘留在材料中,故不存在因紫外線等造成的材料劣化,且由於機械強度高,具有優異的耐候性、耐久性、阻燃性,並適用於各種著色。

Al2O3具有寬能隙,可最大限度地減少對陽光的吸收。在太陽光區域(0.25-2.5 μm)具有99.6%的高反射率,且在中紅外線區域(8-13 μm)具有高熱散逸性,實現了96.5%的高熱放射率。此外,新材料在高溫下表現出超親水性能,水滴等瞬間擴散並迅速浸透,因此不會形成降低熱傳導率的蒸氣膜,增強了液體蒸發的冷卻效果。

目前已確認應用於建築物外部時,白天可以達到130 W/m2的冷卻效果,能減少室內冷氣所需電力的20%。香港城市大學表示,新材料可望有助於消除能源密集型冷卻系統的依賴,並提供了可以緩解電網過載、溫室氣體排放及城市熱島的永續解決方案。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/231208_new-cooling-ceramic.html
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