我國學者在熱光子學領域取得新進展

圖 全向寬帶發射器件和角度非對稱光譜選擇性發射器件在豎直表面的（A）輻射換熱過程以及（B）角度和光譜發射率分布

　　在國家自然科學基金項目（批準號：62134009，62121005）等資助下，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所李煒研究員團隊及其合作者在熱光子學領域取得新進展。研究團隊利用熱光子學手段，成功實現了熱輻射角度和光譜的跨波段協同調控，并設計出具有跨尺度對稱破缺性、角度非對稱光譜選擇性的定向發射器件，在國際上首次實現了豎直表面的日間亞環境輻射制冷。相關成果以“豎直表面的日間亞環境輻射制冷（Subambient daytime radiative cooling of vertical surfaces）”為題發表在《科學》（Science）雜志上，論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2524。并且該成果獲3項授權專利。

　　熱輻射是自然界中最重要的能量傳遞方式之一。然而，傳統的黑體輻射因其非定向、非相干、寬光譜、無偏振等固有特性，導致輻射體與其周圍所有物體均進行熱量交換，極大限制了傳熱效率和熱流操控能力，從而制約了其實際應用。特別是在輻射制冷領域，傳統輻射制冷器件通常表現出全向的熱輻射特性，因此僅適用于開闊的水平表面（如屋頂）。然而，當這些器件用于豎直表面（如墻面、衣物、車輛側面等實際場景）時，器件面向低溫天空的視場角顯著縮小，同時會大量吸收來自地面、周圍物體及大氣非透明窗口波段向下輻射的熱量，導致其亞環境輻射制冷功能失效。盡管近年來一些國際研究團隊嘗試調控熱輻射的光譜或角度，豎直表面的日間亞環境輻射制冷仍然面臨巨大挑戰。

　　研究團隊以熱力學、互易性、波導以及聲子激化共振等理論為基礎，利用跨尺度對稱破缺結構，實現了熱輻射在空間角度上的非對稱分布以及在光譜上的選擇性調控，攻克了豎直表面的日間亞環境輻射制冷難題（圖）。這一技術突破了傳統輻射制冷器件僅能在水平表面工作的局限，實現了輻射制冷技術從平面應用向實際三維場景的跨維度飛躍，為輻射制冷技術在節能減排等領域的廣泛應用奠定了重要基礎。此外，該團隊提出的設計策略突破了熱輻射角度與光譜跨波段協同調控能力，打破了傳統黑體輻射在傳熱效率和熱流操控能力上的限制，為熱光子學操控打開了全新局面。同時，該成果為高效、精準地調控熱流和信息開辟了新機遇，有望在高效能量利用、新型儲能以及在空間光學系統中的高精度熱控等國家重大需求方面發揮作用。