Scalable Production of Radiative Cooling Paint for Thermal Management

用于热管理的辐射冷却涂料的规模化生产

基本信息

  • 批准号:
    2005747
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This grant supports research that will contribute new knowledge related to large-scale manufacturing of radiative cooling paints, promoting both the progress of science and advancing national prosperity and sustainability. Radiative cooling is a strategy to provide electricity-free cooling by fully reflecting sunlight and effectively emitting heat to the cold sky: a net cooling effect can be realized without using any electricity. It has the potential to reduce electricity consumption and CO2 generation for air conditioning in buildings and vehicles. Conventional approaches for manufacturing radiative cooling coatings demand complex and high-cost thin-film deposition processes, which hinder large-scale applications. This award supports fundamental research to provide needed knowledge for the development of a room temperature solution-based technique to produce radiative cooling porous polymer paints. The new process will enable fast, large-scale, and low-cost manufacturing of polymeric radiative cooling paints without using organic solvents. The paints will have potential applications in building, automotive, food, chemical, and pharmaceutical industries, which benefits the US economy and society. This research involves several disciplines including manufacturing, optics, polymer science, and material science. The multi-disciplinary approach will help broaden participation of underrepresented groups in research and positively impact engineering education.Radiative cooling can alleviate several disadvantages in existing cooling techniques, such as high consumption of electricity, and usage of ozone-depleting and greenhouse gases. The research team will conduct fundamental studies to bridge the knowledge gap between scientific concept of radiative cooling and scalable manufacturing of high-performance and low-cost cooling coatings. Specifically, the team will: 1) conduct full-wave simulations to understand the interactions between solar and thermal radiations and porous polymeric materials; 2) develop scalable solution-based manufacturing methods to produce porous polymer radiative cooling neutral-colored and colorful paints, understanding effects of various parameters, such as solution concentration, vapor pressure, and temperature, on the morphology and performance of the porous paints; and 3) conduct field tests to quantify the radiative cooling capabilities of the paints under various environmental and meteorological conditions.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这笔赠款支持的研究将贡献与大规模制造辐射冷却涂料相关的新知识,促进科学进步并促进国家繁荣和可持续发展。辐射制冷是一种通过充分反射阳光并有效向寒冷的天空散发热量来提供无电冷却的策略:无需使用任何电力即可实现净冷却效果。它有可能减少建筑物和车辆空调的电力消耗和二氧化碳排放。制造辐射冷却涂层的传统方法需要复杂且高成本的薄膜沉积工艺,这阻碍了大规模应用。该奖项支持基础研究,为开发基于室温溶液的技术来生产辐射冷却多孔聚合物涂料提供所需的知识。新工艺将能够在不使用有机溶剂的情况下快速、大规模、低成本地制造聚合物辐射冷却涂料。这些涂料将在建筑、汽车、食品、化工和制药行业具有潜在的应用前景,从而造福美国经济和社会。这项研究涉及制造、光学、高分子科学、材料科学等多个学科。多学科方法将有助于扩大代表性不足群体对研究的参与,并对工程教育产生积极影响。辐射冷却可以缓解现有冷却技术的一些缺点,例如高耗电量以及消耗臭氧层和温室气体的使用。研究团队将进行基础研究,以弥合辐射冷却的科学概念与高性能和低成本冷却涂层的可扩展制造之间的知识差距。具体来说,该团队将:1)进行全波模拟,以了解太阳和热辐射与多孔聚合物材料之间的相互作用; 2)开发可扩展的基于溶液的制造方法,生产多孔聚合物辐射冷却中性色和彩色涂料,了解溶液浓度、蒸气压和温度等各种参数对多孔涂料的形态和性能的影响; 3) 进行现场测试,量化涂料在各种环境和气象条件下的辐射冷却能力。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Regulating thermal radiation for energy and sustainability
调节热辐射以实现能源和可持续发展
  • DOI:
    10.1016/j.nxener.2023.100019
  • 发表时间:
    2023-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Q. Cheng;G. Ho;A. Raman;Ronggui Yang;Yuan Yang
  • 通讯作者:
    Yuan Yang
Passive daytime radiative cooling: Fundamentals, material designs, and applications
被动日间辐射冷却:基础知识、材料设计和应用
  • DOI:
    10.1002/eom2.12153
  • 发表时间:
    2021-10-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    14.6
  • 作者:
    Meijie Chen;Dan Pang;Xingyu Chen;Hong;Yuan Yang
  • 通讯作者:
    Yuan Yang
Numerically enhancing daytime radiative cooling performance of random dielectric microsphere coatings by hollow structures
通过中空结构数值增强随机介电微球涂层的日间辐射冷却性能
  • DOI:
    10.1117/1.jpe.11.042108
  • 发表时间:
    2021-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Meijie Chen;Shuang Li;Dan Pang;Yanwei Zhao;Yuan Yang;Hong
  • 通讯作者:
    Hong
Designing Mesoporous Photonic Structures for High-Performance Passive Daytime Radiative Cooling
设计用于高性能被动日间辐射冷却的介孔光子结构
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c04241
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Chen, Meijie;Pang, Dan;Mandal, Jyotirmoy;Chen, Xingyu;Yan, Hongjie;He, Yurong;Yu, Nanfang;Yang, Yuan
  • 通讯作者:
    Yang, Yuan
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  • DOI:
    10.1002/adfm.202010334
  • 发表时间:
    2021-02-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Wenlong Huang;Yijun Chen;Yubing Luo;Jyotirmoy M;al;al;Wenxi Li;Meijie Chen;Cheng;Zhongqiang Shan;N. Yu;Yuan Yang
  • 通讯作者:
    Yuan Yang
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hao Zhang;Qing Wang;Jiujing Xu;Zehui Li;Yuan Yang
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Liangbing Hu;Wei Chen;Xing Xie;Nian Liu;Yuan Yang;Hui Wu;Yan Yao;M. Pasta;H. Alshareef;Yi Cui;K. Abdullah
  • 通讯作者:
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    2023-04-01
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Yuan Yang;Zhengjin Huang;Yaqiong Wu;Wenlong Wu;L. Lyu;Weilin Li
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    2008-04-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Yuan Yang;S. Fu;Ai;Weiping Zhou;Z. Pan;L. Cui;Gang Huang;Bowen Wu;Meng‐chao Wu
  • 通讯作者:
    Meng‐chao Wu

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