随着人工智能技术推动户外电子设备向高功率密度与微型化加速发展，5G基站、LED芯片及无人机等设备的热流密度呈现指数级增长，对设备热管理提出严峻挑战。被动日间辐射制冷（PDRC）技术通过大气透明窗口（8-13 μm）向宇宙深冷空间辐射散热，展现出零能耗散热技术的独特优势。然而，现有PDRC材料受限于本征热导率不足和非辐射传热路径缺失的双重制约，在强太阳辐照与超高热流密度的综合作用下，其热管理效能显著衰减，难以满足新一代电子器件的持续稳定运行需求。
基于此，上海理工大学顾敏院士、张轶楠教授团队提出了一个设想：可否通过设计辐射制冷与热传导路径，构建一个多模态的户外设备热管理方案？受鲍鱼壳有序"砖-泥"结构的仿生启示，创新性地设计了六方氮化硼/聚乙烯醇（Bio-h-BN/PVA）仿生复合薄膜（图1）。通过真空辅助过滤工艺，实现了h-BN纳米片在PVA基体中的高度定向组装，兼具高太阳反射率（96.5%）、宽带中红外发射率（0.95）以及高热导率（23.6 W m-1 K-1）（图2）。该研究的核心创新之处在于将仿生结构设计与多物理场耦合机制相结合，通过优化导热路径与光散射界面，同步提升热传导与辐射制冷效率（图3和4），显著降低了户外电子设备的热平衡温度（13.49 ℃）（图5），并进一步揭示了非辐射换热系数对户外电子设备热管理的关键作用。该成果为应对人工智能芯片所面临的高能耗挑战提供了重要技术支撑，也为"双碳"目标下新一代高功率户外电子设备的可靠运行开辟了新路径。
相关成果以Bioinspired Design of Thermally Conductive Radiative Cooling Structure for Outdoor Electronic Devices为题于5月12日在线发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。顾敏院士课题组的博士生王昭为第一作者，张轶楠教授和王彤特聘副研究员为通讯作者，上海理工大学为唯一单位，顾敏院士对该工作提供了重要指导。
图1. 多模态散热概念设计。a) 电子设备的可靠性随工作温度的变化，b) 宽带发射器和选择性发射器的理想发射光谱，c) 宽带发射器和选择性发射器的净辐射冷却功率计算，d) 综合传热系数分别为0、1、3和6.9 W m-2 K-1的净辐射制冷功率计算，e) 应用于户外电子设备的Bio-h-BN/PVA复合薄膜示意图，展示其具有高太阳反射率、中红外发射率和热导率。
图3. 热导率对比及传热机制。a) Random-h-BN/PVA和Bio-h-BN/PVA复合薄膜的对比示意图，b) 纯PVA薄膜、Random-h-BN/PVA和Bio-h-BN/PVA复合薄膜的热导率，c，d) 纯PVA薄膜、Random-h-BN/PVA和Bio-h-BN/PVA复合薄膜的热传递路径示意图和红外热像图，e–h) Random-h-BN/PVA和Bio-h-BN/PVA复合薄膜在全局热源和局部热源下非辐射换热的数值模拟。
图4.Bio-h-BN/PVA复合薄膜的热行为仿真。a) Bio-h-BN/PVA复合薄膜在户外电子设备集成的概念设计，b) 有无Bio-h-BN/PVA复合薄膜时设备温度的变化，c）Bio-h-BN/PVA复合薄膜厚度对设备温度的影响，d）Bio-h-BN/PVA复合薄膜的热导率对设备温度的影响，e，f）风速对不同输入功率和热导率下集成Bio-h-BN/PVA复合薄膜设备温度的影响，g-i）裸设备、集成纯PVA薄膜及集成Bio-h-BN/PVA复合薄膜的设备热量分布图。
图5. Bio-h-BN/PVA复合薄膜的性能及应用。a) 室内温度曲线，b)不同输入功率下Bio-h-BN/PVA复合薄膜、Random-h-BN/PVA复合薄膜、纯PVA薄膜和铝板的热发射率，c）Bio-h-BN/PVA复合薄膜的净辐射冷却功率计算，d) 户外温度曲线，e) Bio-h-BN/PVA复合薄膜的耐污测试，f,g) 集成Bio-h-BN/PVA复合薄膜的移动设备照片和温度曲线，h,i)集成纯PVA薄膜和Bio-h-BN/PVA复合薄膜的LED广告牌照片及红外热图像。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202501646
相关进展
上理工顾敏院士、张轶楠教授团队 AFM：聚合物中钙钛矿量子点全色域高分辨率飞秒激光直写
华南理工孙大文院士课题组 CEJ：集成辐射制冷和蒸发制冷的水凝胶-弹性体杂化物用于被动式自适应温度管理
郑州大学王建峰/王万杰 Small/Nano Energy：熔融加工一步原位成型分级多孔聚合物纳米复合材料实现高温环境辐射制冷
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多