चांगचुन इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स, फाइन मैकेनिक्स और फिजिक्स (सीआईओएमपी), चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के शोधकर्ताओं ने उन्नत विकिरण शीतलन प्रौद्योगिकियों के माध्यम से शून्य-ऊर्जा शीतलन में महत्वपूर्ण प्रगति की है। उनके सहयोगात्मक कार्य ने दिशात्मक तापीय उत्सर्जक विकसित किए, जिन्हें एएस उत्सर्जक कहा जाता है, जो ऊर्ध्वाधर सतहों के लिए उपपरिवेशीय दिन के समय विकिरणीय शीतलन प्राप्त करते हैं। "ऊर्ध्वाधर सतहों की सबम्बियंट डेटाइम रेडिएटिव कूलिंग" शीर्षक से निष्कर्ष विज्ञान में प्रकाशित हुए थे।
रेडिएटिव कूलिंग में चुनौतियाँ
थर्मल विकिरण, प्रकृति में एक प्रमुख ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रिया, पारंपरिक रूप से आइसोट्रोपिक, असंगत, ब्रॉडबैंड और गैर-ध्रुवीकृत विशेषताओं को प्रदर्शित करती है। इसके परिणामस्वरूप विकिरण करने वाले शरीर और उसके पर्यावरण के बीच अप्रतिबंधित ताप विनिमय होता है, जिससे विकिरण ताप हस्तांतरण की दक्षता और नियंत्रणीयता सीमित हो जाती है।
पारंपरिक विकिरण शीतलन उपकरण व्यापक तापीय विकिरण गुणों पर निर्भर करते हैं, जो उन्हें मुख्य रूप से छतों जैसी खुली क्षैतिज सतहों के लिए प्रभावी बनाते हैं। ये सतहें जमीन, परिवेश और वायुमंडलीय गैर-पारदर्शी खिड़कियों के साथ थर्मल विनिमय को कम करते हुए ठंडे आकाश के संपर्क को अधिकतम करती हैं। हालाँकि, ऊर्ध्वाधर सतहें जैसे दीवारें, कपड़े, या वाहन के किनारे सीमित आकाश दृश्य कोण और आसपास की वस्तुओं के साथ अधिक थर्मल विनिमय का सामना करते हैं, जिससे शीतलन प्रभावशीलता में काफी कमी आती है। थर्मल विकिरण के स्पेक्ट्रम या कोणों को नियंत्रित करने के पिछले वैश्विक प्रयासों ने दिन के दौरान ऊर्ध्वाधर सतहों पर उप-परिवेश शीतलन की चुनौतियों का सामना करने के लिए संघर्ष किया है।
नवोन्मेषी दृष्टिकोण और निष्कर्ष
प्रोफेसर ली वेई के नेतृत्व में सीआईओएमपी शोध दल ने कई तरंग दैर्ध्य बैंड में एक साथ कोणीय और वर्णक्रमीय नियंत्रण प्राप्त करने के लिए थर्मोफोटोनिक्स का उपयोग किया। उनके द्वारा डिज़ाइन किया गया एएस एमिटर कोणीय असममित और वर्णक्रमीय चयनात्मक थर्मल विकिरण उत्पन्न करने के लिए क्रॉस-स्केल असममित संरचनाओं को शामिल करता है। इस नवाचार ने ऊर्ध्वाधर सतहों के लिए प्रभावी दिन के समय विकिरण शीतलन को सक्षम किया।
प्रमुख योगदान:
वायुमंडलीय अनुकूलन: यह मानते हुए कि आंचल कोण बढ़ने के साथ वायुमंडलीय संचारण कम हो जाता है, टीम ने उत्सर्जकों को थर्मल विकिरण को उन कोणों से दूर निर्देशित करने के लिए डिज़ाइन किया है जहां वायुमंडलीय संचारण सबसे कम है।
सौर परावर्तन और थर्मल उत्सर्जन: एएस उत्सर्जक सौर परावर्तन को अधिकतम करता है और न्यूनतम ताप अवशोषण के लिए अवरक्त बैंड में वर्णक्रमीय और कोणीय अनुकूलन प्राप्त करता है।
उच्च शीतलन शक्ति: अनुसंधान ने कम आकाश जोखिम और आसपास की वस्तुओं से थर्मल हस्तक्षेप द्वारा लगाई गई सीमाओं को पार करते हुए, ऊर्ध्वाधर सतहों के लिए ~ 40 W/m² की शीतलन शक्ति प्राप्त की।
तकनीकी आधार:
क्रॉस-स्केल स्ट्रक्चरल डिज़ाइन: उत्सर्जक गैर-पारस्परिक स्थानिक विकिरण वितरण प्राप्त करने के लिए असममित संरचनाओं का उपयोग करता है।
वर्णक्रमीय चयनात्मकता: वायुमंडलीय पारदर्शिता विंडो के भीतर अनुरूप उत्सर्जन।
थर्मोफोटोनिक सिद्धांत: वेवगाइड्स, फोनन-एन्हांस्ड अनुनाद और समरूपता-तोड़ने वाले डिज़ाइन को शामिल करना।
अनुप्रयोग और निहितार्थ
यह सफलता विकिरणीय शीतलन के व्यावहारिक अनुप्रयोग को बढ़ाती है, विशेष रूप से शहरी सेटिंग्स और ऊर्ध्वाधर बुनियादी ढांचे में ऊर्जा-कुशल जलवायु नियंत्रण के लिए। अनुसंधान थर्मल फोटोनिक हेरफेर में उच्च लचीलेपन को भी प्रदर्शित करता है, जिससे इसके लिए अवसर पैदा होते हैं:
कुशल शीतलन और हीटिंग सिस्टम।
उन्नत ऊर्जा परिवहन प्रौद्योगिकियाँ।
ऑप्टिकल और एयरोस्पेस सिस्टम में उच्च परिशुद्धता थर्मल प्रबंधन।
चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित, यह कार्य वैश्विक ऊर्जा दक्षता और स्थिरता चुनौतियों को संबोधित करने में थर्मोफोटोनिक्स की क्षमता को प्रदर्शित करता है।