来源 | Advanced Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adma.202510988

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背景介绍

被动日间辐射制冷（PDRC）为减少制冷能耗和温室气体排放提供了一条可持续的途径。PDRC 通过 8-13 μm 大气窗口辐射散热，无需能源输入，但实际冷却功率普遍 < 150 W/m²，无法满足激增的冷却需求；现有优化策略（光子结构、荧光发射等）虽提升光学性能，仍未突破功率瓶颈。相变材料（PCM）可通过潜热吸收补充 PDRC，但传统整合方式存在缺陷，由于它们相互冲突的要求，平衡辐射冷却，潜热和传热性能仍然具有挑战性。

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成果掠影

近期，华中科技大学翟金平院士、卢翔联合北京大学彭雨粲团队受珍珠母 - 珍珠体系光散射机制启发，通过水预去除冷冻干燥法制备出分层微结构的辐射 - 相变混合冷却（RPHC）复合材料；其以微纤化纤维素（MFC）为基体、芯壳结构相变胶囊（PCC，三聚氰胺壳 + 正二十二烷芯）为功能单元，实现太阳反射率 0.969、中红外发射率 0.958、潜热 132.1 J/g的优异性能，最终达成226 W/m² 的破纪录冷却功率（远超传统被动日间辐射冷却（PDRC）<150 W/m² 的局限）及平均低于环境温度 10.1℃的降温效果；将其应用于建筑围护结构，可降低4.4% 的制冷能耗，模拟显示每年有望减少全球12.2 亿吨 CO₂排放，为建筑、电子设备等领域提供高效环保的被动冷却方案。研究成果“Bioinspired Hierarchical Radiative-Phase Change Hybrid Cooling Composite with Record-Breaking Cooling Power”为题发表在《Advanced Materials》。

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图文导读

图1 仿生分级RPHC复合材料的设计及建筑节能潜力 a) 受珍珠层-珍珠结构启发的RPHC复合物设计思路；b) RPHC复合物的工作机理：层状MFC与核壳PCC协同散射阳光并通过大气窗口辐射散热，同时PCC吸热相变；c) MFC/PCC复合物兼具高反射、高发射、高潜热与柔性；d) 与传统PDRC及文献最高值相比，MFC/PCC制冷功率创新高。

图2 MFC/PCC复合物的光学与相变性能 a) 水预抽-冻干工艺示意；b) 直接抽干样品致密层状SEM；c) 60%水预抽样品分级多孔SEM；d) 两种制备路径差异卡通；e) 不同水滤除比例下的孔径分布；f) 反射率与发射率对比；g) 不同PCC含量力学性能；h) DSC曲线及潜热值；i) 与文献辐射-相变复合材料的反射率-发射率-潜热综合对比。

图3 MFC/PP复合物户外制冷性能 a) 亚环境温度测试装置；b) 武汉7月太阳辐照与样品温度曲线；c) 相对环境的最大与平均温差；d) 制冷功率测试平台；e) 样品照片；f) 武汉多日实测制冷功率对比；g) 西双版纳3月每小时制冷功率曲线；h) 与文献报道PDRC及RPHC材料制冷功率对比。

图4 模拟房屋屋顶与墙体降温测试 a) 房屋测试原理与现场照片；b) 西双版纳3月16日太阳辐照；c) 同期风速与湿度；d) MFC-60与MFC/PCC-60屋内空气温度；e) 木材、岩棉对照屋内温度；f) 武汉9月23日测试温度曲线；g) 两地MFC/PCC-60相对环境的平均与最大降温幅度汇总。

图5 全国104城市节能模拟结果 a) 各省商场年制冷节能强度空间分布；b) 12个代表性城市年节能量；c) 对应节能百分比；d) 年源电力与源天然气节省量；e) 人均与全球潜在CO₂减排量估算。

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作者信息

瞿金平，教授、博导、中国工程院院士；国家杰出青年科学基金获得者、广东省和全国先进工作者（全国劳动模范）、全国优秀科技工作者、南粤杰出教师、国家级中青年有突出贡献专家，广东省科学技术奖最高奖励--突出贡献奖获得者，华南理工大学材料加工工程国家重点学科带头人，曾任两届华南理工大学副校长。长期从事高分子材料加工成型装备技术与理论研究，取得了多项世界首创的科技成果：在国内外率先提出高分子材料振动剪切流变和体积拉伸流变加工成型方法及原理、系统发展和拓展了高分子材料加工成型理论，实现了高分子材料加工由"稳态剪切"到"动态剪切"的变革、由"拖曳剪切"到"体积拉伸"的突破，开创了我国高分子材料加工装备自主创新先河，发明并研制成功一系列高分子产品先进制造成套技术装备，突破了百年来高分子材料加工成型设备以"螺杆"为标志的发展模式，产生了巨大的经济效益和社会效益，推动了高分子材料及相关产业的技术进步和可持续发展。

先后主持国家级重点科技项目和相关工程配套项目等30多项，鉴定成果20多项，其中多项成果被鉴定为技术处于国际领先水平；获得中国发明专利权50多件，美国、欧洲等10多个国家和地区的国际发明专利8件；发表SCI收录论文近200篇，出版著作6部，其中译著1部、国外出版英文专著1部；获得国家技术发明二等奖2项，国家科学技术进步奖二等奖1项，中国专利金奖2项、优秀奖1项，省部级特等奖1项、一等奖4项，广东省专利发明创造金奖1项；获得了中国青年科学家奖、制造业世界华人科技成就奖（香港蒋氏科技成就奖）、何梁何利基金科学技术创新奖、获广东省发明人奖和广东省科学技术突出贡献奖。

卢翔，博士，华中科技大学教授、博导，当选国家青年拔尖人才、湖北省楚天学者和武汉英才，任中国复合材料学会导热复合材料分会副秘书长，中国复合材料学会纳米复合材料分会委员，中国复合材料学会电磁复合材料分会委员，中国塑料加工工业协会专家委员会专家，中国能源学会专家委员会新能源专家组委员，以及《Rare Metals》、《SusMat》、《Chinese Chemical Letters》和《塑料工业》等期刊青年编委。围绕电子器件散热、电池热管理、人体热管理、建筑节能、低品位废热高效转化利用、太阳热能存储等国家重大战略需求，主要从事热传导、热辐射、热存储、热电转化等热管理复合材料的设计、高效制备及应用研究。近五年，在Matter、Innovation、Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI论文100余篇，获授权发明专利18件，2件实现成果转化。主持国家自然科学基金面上项目2项、青年项目1项，国家重点研发计划课题1项、子课题1项，企业委托产学研合作项目多项。

彭雨粲，北京大学助理教授、研究员、博导，中国科学技术大学，材料化学，学士；斯坦福大学，材料科学与工程系，博士；主要从事界面热调控及新型热管理技术相关的交叉学科研究，致力于发展先进热管理材料、工艺，研究热现象和其他物理/化学过程的相互影响机制等。