A comprehensive study on optical properties of La2O3 and HfO2 for radiative cooling via multiscale simulations

材料科学 辐射传输 发射率 散射 折射率 带隙 声子 电介质 辐射冷却 红外线的 物理 计算物理学 光电子学 光学 凝聚态物理 热力学
作者
L. L. Wang,Wanglin Yang,Zhongyang Wang,Hongchao Li,Hao Gong,Jingyi Pan,Tongxiang Fan,Xiao Zhou
出处
期刊:Chinese Physics B [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1674-1056/ad84c0
摘要

Abstract Radiative cooling materials have gained prominence as a zero-energy solution to mitigate global warming. However, a comprehensive understanding of atomic-scale optical properties and macroscopic optical performance of radiative cooling materials remains elusive, limiting insights into the underlying physics of their optical response and cooling efficacy. La 2 O 3 and HfO 2 , representing rare earth and third/fourth subgroup inorganic oxides respectively, which show promise for radiative cooling applications. In this work, we employed multiscale simulations to investigate the optical properties of La 2 O 3 and HfO 2 across a broad spectrum. First-principles calculations revealed their dielectric functions and intrinsic refractive indices and the results indicated that the slightly smaller bandgap of La 2 O 3 compared to HfO 2 induces a higher refractive index in the solar band. Additionally, three-phonon scattering was found to provide more accurate infrared optical properties than two-phonon scattering, which enhances the emissivity in the sky window. Monte Carlo simulations were also used to determine the macroscopic optical properties of La 2 O 3 and HfO 2 coatings. Based on simulated results, we identified that particle size and particle volume fraction play the dominant role in optical properties. Our findings underscore the potential of La 2 O 3 and HfO 2 nanocomposites for environmentally friendly cooling and offer a new approach for high-throughput screening of optical materials through multiscale simulations.
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