南开大学马儒军教授团队 PNAS：基于可见至红外“热致变色”的仿生零能耗热管理器件

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辐射热管理技术为减少用于热管理的能源消耗提供了一种零能耗方案。但如何解决单一模式辐射热管理材料静态光谱与现实环境下动态温度变化之间的矛盾是辐射热管理走向应用不可回避的问题。相比于其他刺激响应型动态辐射热管理设计，温度响应型动态辐射热管理器件可以根据环境温度变化实时调整热管理模式，具有更广泛的应用前景。但现有研究多集中在对某一特定波段的单独调控，而不能实现太阳辐射和中红外波段的同时调控，这极大地限制了辐射热管理技术的节能效果。

图 1 基于可见光和红外“热值变色”的双模式热管理器件的设计原理

近日，南开大学马儒军教授团队受自然界喜马拉雅兔毛发变色和含羞草叶片伸展-闭合行为启发设计并实现了一种基于可见光和红外热致变色的零能耗动态辐射热管理器件。利用颜色的热致变色实现对太阳辐射的选择性吸收。利用具有可逆形状变化的热驱动器实现对中红外发射率的可逆调控。两种光谱调控的机制相结合，使器件在可见光至中红外波段范围具有宽光谱独立调控的能力，从而实现器件根据温度变化零能耗自行调整热管理模式的目的。实际测试和数值预测结果显示这种器件具有较好的全年节能效果。另外分波段独立调控的设计理念和策略为电磁波谱动态调控在更广泛领域的应用提供可能。

图 2 双模式器件的温敏特征光谱

相关成果以“Bioinspired zero-energy thermal-management device based on visible and infrared thermochromism for all-season energy saving”为题发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 119, e2207353119 (2022)）。文章共同第一作者是南开大学助理研究员张权博士与硕士生王玉峰，通讯作者为南开大学材料科学与工程学院马儒军教授。研究得到国家科技部与国家自然科学基金委的支持。

该工作是团队近期关于高性能热管理器件结构设计与应用的最新进展之一。马儒军教授目前为南开大学材料科学与工程学院智能热管理实验室负责人，近年来在主动/被动制冷材料、柔性热电材料与器件、高性能柔性导热复合材料、能源转换材料与器件等多学科交叉领域取得了一系列重要的研究成果，并以通讯或第一作者发表在Science、Chemical Society Reviews、PNAS、Nature Communications、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Letters、ACS nano等国际知名期刊上。实验室拥有先进的材料制备平台以及电学、热学等测试系统，并围绕国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、天津市重点基金等，展开新能源与智能热管理技术方向的研究。团队现诚招材料、化学、物理、电子等相关专业背景的博士后，欢迎有志之士将个人简历（pdf）发送至马儒军教授邮箱[e-mail]，邮件标题请注明：“应聘博士后+本人姓名+博士毕业院校”，对于符合要求并通过初审者，将会通知安排面试。招聘启事在岗位招满前有效。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2207353119

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