来源 | Advanced Functional Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adfm.202516949

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背景介绍

建筑制冷能耗不断攀升，占全球总能耗的15%，推动了对绿色、被动式冷却技术的迫切需求。被动日间辐射冷却（PDRC）技术通过大气窗口（8–13 μm）将热量以红外辐射形式散发至寒冷的外太空，无需外部能源输入，显著降低建筑冷却能耗与碳排放。然而，传统基于聚合物的PDRC材料存在耐紫外线老化能力差、易燃等问题，限制了其在户外长期应用的可靠性。

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成果掠影

近日，哈尔滨工业大学徐洪波副教授、李爻副教授和意大利国家计量院Lorenzo Pattelli教授合作开发出一种全无机柔性陶瓷辐射冷却膜（FSM），其在太阳光谱波段（0.25–2.5 μm）反射率高达97.8%，在大气窗口波段（8–13 μm）的红外发射率达到92.3；实现了白天低于环境温度最高9.2°C的降温效果，净辐射冷却功率达128.52 W/m²。还通过系统的实验与模拟验证了其在建筑节能、极端热防护等领域的应用潜力。该陶瓷膜还具有优异的耐高温（可达1000°C）、耐火、耐酸和抗紫外老化性能，展现出在极端环境下长期应用的巨大潜力。研究成果以“Flexible Ceramic Radiative Cooling Membranes with High Reflectivity in Solar Spectrum, Excellent UV and Fire Resistance”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊。

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图文导读

图1. FSM的设计、制造和应用。a）二氧化硅薄膜的复折射率。B）FSM在太阳波段的模拟散射效率。c) FSM制备示意图。 d) 辐射冷却性能。 e) 抗紫外线性能。 f) 耐火与高温性能。

图2. FSM的表征与光学性能。 a) 前驱体纤维的光学照片与SEM图像。 b) FSM的光学照片与SEM图像，插图为柔性展示。 c) 前驱体纤维直径分布。 d) FSM纤维直径分布。 e) 前驱体纤维的TG-DSC曲线。 f) 前驱体与FSM的FT-IR光谱。 g) FSM与其前驱体的紫外-可见-近红外光谱。 h) FSM与其前驱体的红外发射率谱及大气透射率。

图3. FSM的辐射冷却性能。 a) 测试装置剖面图。 b) 测试当日（2024年7月11日）的太阳辐照度、风速与相对湿度。 c) FSM、PVDF相转化膜、电纺PVDF膜与无机涂料（ICP）的实时温度曲线。 d) 温度差曲线。 e) 不同对流系数下FSM的理论净冷却功率。 f) 不同环境温度下FSM的理论净冷却功率（对流系数为12 W/m²·K）。 g) 不同冷却材料覆盖的屋顶红外热图像（左侧为裸露屋顶）。

图4. FSM的耐受性能。 a) 紫外线老化不同时间后的反射光谱曲线与数值柱状图。 b) 紫外线照射552小时前后的光学照片。 c) CIE 1931色度图。 d) FSM、ICP、PVDF相转化膜与电纺PVDF膜的TG曲线。 e) FSM的火焰阻滞测试。 f) 火焰暴露测试中各材料的光学照片。 g) 火焰测试前后FSM的紫外-可见-近红外光谱。 h) 酸浸不同时间后的反射光谱曲线与数值柱状图。 i) ICP与FSM的激光照射测试。 j) 覆盖ICP与FSM的宇航员模型舱红外热成像图。

图5. FSM的节能性能。 a) 不同气候城市年节能量。 b) 全球不同气候区年冷却节能量分布图（地图基于CC BY 4.0许可）。 c) FSM表面处理前后的接触角。 d) 水滴流过经疏水处理的FSM（sh-FSM）带走污染物的示意图与照片。 e) 基于反射率、冷却功率、温降、防火安全和抗紫外五个特性的雷达图对比。