近日，上海交通大學王如竹教授領銜的“能源-水-空氣”交叉學科創(chuàng)新團隊ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）在Science Bulletin上發(fā)表了題目為“Solar spectrum management and radiative cooling film for sustainable greenhouse production in hot climates”的通訊論文。論文針對夏季溫室生產(chǎn)中的高溫問題，基于溫室作物的需光特性，開發(fā)了兩種不同屬性的輻射制冷薄膜分別作為溫室的覆蓋材料和地膜，在不犧牲植物光合作用的前提下，減少溫室內(nèi)部熱積累，從而延長溫室可用生產(chǎn)周期，為炎熱氣候條件下的溫室增產(chǎn)提供了一種被動式、零能耗的新路徑。論文第一作者為上海交大制冷與低溫工程研究所博士生鄒豪和王晨曦，通訊作者為王如竹教授、農(nóng)業(yè)與生物學院黃丹楓教授和華中科技大學楊榮貴教授。
圖 兩種特定光譜管理的輻射制冷薄膜及其在炎熱氣候下溫室內(nèi)的應用效果
溫室內(nèi)部的熱量過度累積是炎熱氣候下生產(chǎn)的重大障礙。在許多地區(qū)，每年因氣溫過高而損失的可耕作時間達三個月以上。經(jīng)濟、廣泛適用的降溫技術仍是目前溫室作物生產(chǎn)的迫切需求。日間輻射制冷作為一種被動式、零能耗的降溫手段，近年來受到了廣泛的關注。隨著高產(chǎn)量、卷對卷生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，該技術成為了解決溫室炎熱氣候下高溫問題的一種可行辦法。因此，本文設計了兩種針對溫室場景使用的輻射冷卻膜，分別作為溫室的覆蓋材料和地膜，在不犧牲光合作用的前提下，消除溫室內(nèi)的空氣和土壤熱脅迫，實現(xiàn)炎熱氣候下溫室的連續(xù)生產(chǎn)。
作為溫室覆蓋材料的透射型輻射制冷薄膜（T-RC）具有大氣窗口波段高發(fā)射率、光合有效輻射波段高透過率，以及近紅外波段高反射率。在田間試驗中，與常用的PO薄膜相比，T-RC薄膜具有18.6℃的降溫效果，并可以使櫻桃蘿卜的生長速度提高76.2%。作為溫室地膜的反射型輻射制冷薄膜（RC）在大氣窗口波段具有高發(fā)射率，在可見光和近紅外波段均具有高反射率。在田間試驗中，RC薄膜可將土壤地下2cm處地溫較對應的空白土壤地溫降低12.5℃，并可以使杭白菜的生長速度提高127.35%。
這種氣溫和土壤冷卻策略可以在炎熱的夏季改善作物生長，增加產(chǎn)量，而不需要復雜的設備和額外的能源消耗。由于輻射冷卻薄膜在不同氣候條件下的廣泛適用性，它為應對全球變暖下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了新的機遇，特別是對那些飽受干旱炎熱氣候影響的欠發(fā)達國家。總之，輻射冷卻技術有望改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的能源消耗，對實際生產(chǎn)中的具體應用將是該領域未來研究的重要組成部分。
王如竹教授領銜的能源-水-空氣ITEWA創(chuàng)新團隊長期致力于解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術，旨在通過學科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關領域取得突破性進展。ITEWA團隊近年來在Science, Joule、Energy & Environmental Science、Nature Water、Advanced Materials、Nature Comm.等高水平期刊發(fā)表40余篇學科交叉論文。本文工作是ITEWA團隊與農(nóng)生學科和超材料學科領域的深度合作。
閱讀原文：https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.06.015
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