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中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心在稀土基高熵辐射制冷节能建材研发方面取得新突破

发布日期:2024年04月22日    浏览次数:1715

随着“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,零功输入的辐射制冷作为一种绿色环保的节能技术受到了广泛关注。由于具有结构和化学稳定性的优势,陶瓷成为辐射制冷领域的主流材料选择之一。然而传统陶瓷在功能一体化方面有所欠缺,其不能兼具“大气窗口”(ATW:8-13 μm)高发射和近红外(NIR:0.7-2.5 μm)太阳光高反射性能。已有研究表明掺杂固溶手段可提升ATW发射能力,但同时会降低禁带宽度,弱化NIR反射能力。高熵新设计理念的出现突破了传统掺杂改性策略的局限性,为材料开发和性能优化提供了更多的可能性。同时稀土元素因其独特的4f5d电子结构,在红外反射以及发射方面表现出卓越的性能优势。因此,结合多组元熵调控理念以及稀土元素的优势,有望实现对材料发射和反射性能兼容性的调控。

 

基于此,以国家“双碳”战略重大需求为牵引,中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心杨帆课题组率先开发了新型高熵稀土锡酸盐辐射制冷陶瓷材料。本项工作首次报道了通过多组元熵调控的设计策略,选择较大半径和质量差异的稀土离子来有效增加固溶材料的晶格畸变效应以及鸡尾酒效应,在有效提高材料的大气窗口发射率的同时,可维持大的禁带宽度以保持高的近红外太阳光反射率。对标已报道的元素设计类辐射制冷材料,新设计的高熵稀土锡酸盐陶瓷在大气窗口发射率(91.38%~95.41%)、近红外太阳光反射率(92.74%~97.62%)、热导率(1.080-1.619 W·m-1·K-1)及耐腐蚀耐候等综合特性指标上均处于领先水平。此外,将稀土高熵概念导入到辐射制冷材料的设计,为新兴的高熵材料的应用提供了新思路。

 

该成果以全文形式在SCI一区期刊《Journal of Advanced Ceramics》上(https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220884)发表,陈涛硕士研究生为第一作者,杨帆研究员为第一通讯作者,陈恒副研究员为第二通讯作者。本研究获国家重点研发计划项目、福建省自然基金项目、中国科协青年精英科学家资助计划项目、厦门科技专项及中国稀土集团的资助。