Infrared thermochromic antenna composite for self-adaptive thermoregulation

发射率 温度调节 材料科学 热致变色 红外线的 计算机科学 拓扑(电路) 物理 光学 凝聚态物理 电气工程 生态学 生物 工程类
作者
Francisco V. Ramirez,K.L. Gurunatha,Lingxi Li,Usama Zulfiqar,Sanjayan Sathasivam,Manish K. Tiwari,Ivan P. Parkin,Ioannis Papakonstantinou
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53177-6
摘要

Abstract Self-adaptive thermoregulation, the mechanism living organisms use to balance their temperature, holds great promise for decarbonizing cooling and heating processes. This functionality can be effectively emulated by engineering the thermal emissivity of materials to adapt to background temperature variations. Yet, solutions that marry large emissivity switching ( $$\varDelta \epsilon$$ Δ ϵ ) with scalability, cost-effectiveness, and design freedom are still lacking. Here, we fill this gap by introducing infrared dipole antennas made of tunable thermochromic materials. We demonstrate that non-spherical antennas (rods, stars and flakes) made of vanadium-dioxide can exhibit a massive (~200-fold) increase in their absorption cross-section as temperature rises. Embedding these antennas in polymer films, or simply spraying them directly, creates free-form thermoregulation composites, featuring an outstanding $$\varDelta \epsilon \sim 0.6$$ Δ ϵ ~ 0.6 in spectral ranges that can be tuned at will. Our research paves the way for versatile self-adaptive heat management solutions (coatings, fibers, membranes, and films) that could find application in radiative-cooling, heat-sensing, thermal-camouflage, and other.
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