论文信息：

Xianghao Kong, Hezhi Sun, Shiri Liang, Zao Yi, Naiting Gu and Yougen Yi, Intelligent Space Thermal Control Radiator Based on Phase Change Material with Partial Visible Transparency, coatings 14, 535 (2024).

论文链接：

https://doi.org/10.3390/coatings14050535

研究背景

红外发射率动态可调的涂层结构是航天器部件应对空间瞬态热环境的关键。长期以来，热致变色相变材料被广泛应用于需要发射率调节的应用领域，而优化红外发射率的可调范围一直是研究的前沿。然而，减少太阳辐射的吸收对航天器部件在空间环境中的实际应用和热稳定性具有重要意义。

研究内容

本文提出了一种基于相变材料 VO 2 、 ZnSe 和 ITO 材料相结合的多层薄膜结构，使得空间智能热辐射器可实现低太阳辐射吸收和红外发射率的调节。通过对结构的有限元模拟分析，我们实现了太阳辐射吸收率为 0.3 ，可调红外发射率为 0.49 。根据斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律，该结构在高温下表现出强的辐射散热，在低温下表现出弱的能量耗散，以保持器件的热稳定性，保证器件的高效运行。智能散热器基于法布里 - 珀罗共振原理工作。因此，基于相变材料 VO 2 的多层结构在太阳辐射吸收和红外发射率可调方面都表现出优异的性能，在航空航天智能热控制领域显示出巨大的潜力。

图1.本文设计的智能散热器原理图。

图4.(a)相变材料在介电状态和金属状态下对太阳辐射的吸收不同。(b)相变材料介电态和金属态结构的红外发射。

图5.(a,b) 5.08 μm波长处介电态和金属态结构内电场分布。(c,d) 21.24 μm波长处介电态和金属态结构内电场分布。

图6.太阳波段光谱内入射角度变化所对应的吸收率。(a)高温下。(b)低温下。

图8.(a)与入射角变化相对应的太阳波段光谱中的平均吸收。(b)随入射角变化而对应的红外范围发射。

结论与展望

本文中，基于相变材料 VO 2 并利用 FP 共振的智能辐射装置在航天器热控系统中表现出了优异的性能。通过利用 VO2 的可调谐特性，作者在红外范围内实现了 0.49 的发射调谐，同时保持了 0.3 的低太阳辐射吸收。这使得可以在空间环境中有效散热，同时最大限度地减少损耗，确保航天器部件的内部温度稳定。辐射特性的自适应调节能力增强了器件设备在不同瞬态热环境条件下的性能，从而提高了航天器部件的效率。在大角度下所提出的智能辐射装置也能保持良好的性能，有助于改进航天器热管理技术，提高空间探索工作的可靠性和效率。

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