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世界工业革命以来,温室效应加剧,人类由于降温需求而造成的能源损耗与日俱增。为了降低能耗,人们提出了一种不依赖于外界电力驱动的被动降温机制,即辐射降温。在日照下实现辐射降温是具有挑战的,因为辐射降温所依赖的特定材料或者结构既要实现对太阳光的高反射又要实现对红外热的高发射。本文采用理论与实际实验相结合的方法,设计并制备了几种基于多层介质的辐射降温薄膜,搭建了辐射降温测试装置,获得了较好的实测降温效果。主要研究内容如下:(1)设计了基于二氧化硅(SiO2),二氧化钛(TiO2)以及金属银(Ag)的多层薄膜辐射降温器,实现在太阳辐射波段(0.3 μm-2.5 μm)的高反射和大气窗口波段(8 μm-14 μm)高发射。降温功率理论计算表明,该多层膜结构能够实现95 W/m2的降温功率以及10℃以上的降温幅度。根据计算结果制备了 SiO2/TiO2/Ag多层膜结构,设计了典型降温测试装置,实测结果表明制备的多层薄膜结构在白天能够持续降温,而且降温峰值能够达到10℃以上。(2)针对当前辐射降温器中金属银反射层在紫外波段反射不足的缺陷,利用有限元的方法设计了基于光子晶体的多层膜结构。该设计通过光子晶体叠加实现了光子禁带的扩展,其不仅提高了太阳波段发射率,而且实现了近乎理想的选择性辐射。研究结果表明,设计的由SiO2和Si3N4组成的光子晶体结构结合高反射的Ag反射镜在太阳辐照波段的平均反射率能够达到98.88%,在大气窗口波段的发射率高达90%以上;在环境温度为315 K时,该辐射降温器能够实现高达106 W/m2的降温功率,最高能实现超过11℃的降温效果。(3)虽然光子晶体辐射器具有优异的辐射降温性能,但是层数比较多。为了减少多层薄膜层数从而降低实验制备难度,论文利用遗传算法和差分进化算法优化了基于SiO2和Si3N4材料的多层膜结构,最终优化结果表明可以通过8层多层膜结构实现87 W/m2降温功率。根据优化的结构参数,利用等离了体化学气相沉积制备了多层薄膜,并开展了室外降温测试。测试结果表明该薄膜结构能够实现8℃的降温峰值,在晴朗的环境下白天能够实现超过5℃的平均降温效果。另外,降温幅度和太阳辐射强度、大气湿度密切相关,其中大气湿度对于薄膜降温效果的影响较大,湿度越大降温效果相对越差。