面向极端辐射制冷的理想光谱发射率设计

能够通过向外部空间辐射热量而被动冷却物体的辐射制冷器近来备受关注。然而，其性能的终极极限以及理想的光谱设计仍属未知。我们给出了在包括非辐射传热在内的普遍条件下，地表辐射冷却物体的温度基本下界，以及辐射制冷器净辐射功率密度作为温度函数时的上界。我们推导出可实现此类界限的理想光谱发射率，并且与普遍认知相反，发现理想发射窗口不同于8至13微米，而形成不连续的波长集合，其宽度在更低温度下减小。我们表明，具有完美隔热（隔绝传导与对流）的理想辐射制冷器在夏季稳态温度为243.6 K、冬季为180.5 K，远低于先前测量值。我们还提供了单带发射器的理想发射窗口，并表明若目标是构建可在夏季运行的辐射冷冻器，该窗口应远窄于先前设计。我们给出了设计光谱发射率以实现最大温降或最大净辐射功率密度的一般性指南。