南京航空航天大學李秀強Advanced Materials：光譜選擇性日間輻射冷卻涂層

隨著全球氣候變化和城市化進程加快，建筑制冷能耗持續攀升，傳統主動制冷技術依賴電力輸入并產生大量溫室氣體排放，亟需發展無需外部能量輸入的被動輻射冷卻技術。現有輻射冷卻材料雖在光譜調控方面取得進展，但多數依賴復雜的光子結構、高溫燒結或不可再生石油基聚合物，且在城市密集環境中易受周邊建筑和地面熱輻射影響，冷卻性能顯著下降。針對上述問題，本文提出一種基于聚氟乙烯（PVF）的可擴展光譜選擇性輻射冷卻涂層，通過相轉化法構筑微納多孔結構并結合銀反射基底，實現了97.5%的太陽反射率和94.4%的大氣窗口（8–13 μm）選擇性紅外發射，光譜選擇性指數達1.37。該涂層在模擬城市峽谷環境中比寬帶發射器低1.9 °C，并具備優異的自清潔、耐候性、基底適配性和可規模化制備能力，為城市可持續降溫提供了可行路徑。相關工作以Spectrally selective daytime radiative cooling coating為題發表在Advanced Materials期刊。

文章首先提出基于PVF和銀基底的光譜選擇性輻射冷卻涂層（PVF-based radiative cooling emitter, PRCE），并說明其在大氣窗口內的高發射率、優異的太陽反射率、光譜選擇性指數1.37以及在城市環境中相較寬帶發射器的綜合優勢（圖1）。隨后分析了材料的結構與光學機理，包括PVF的β相構象、C-F鍵振動模式、微納多孔形貌及其通過相轉化法形成的過程，同時通過FTIR、XRD、XPS、SEM和FDTD模擬確認了分子構型、結晶相、孔徑分布和散射效率（圖2）。接著測試了太陽反射率、紅外發射率、理論制冷功率和室外降溫效果，并在開放場地和建筑圍合環境中驗證了PRCE的亞環境冷卻性能，同時對比了不同城市氣候下的冷卻功率（圖3）。之后從凍融循環、砂紙磨損、酸堿浸泡、水流沖擊和紫外輻照等方面評估了涂層的機械、化學和環境穩定性，并結合接觸角、SEM和光學性能變化說明其耐久性和自清潔能力（圖4）。最后，通過不同城市氣候和建筑幾何參數下的冷卻功率模擬，討論了PRCE在城市熱島緩解和建筑節能中的潛力與適用性（圖5）。

圖1.用于輻射冷卻應用的光譜選擇性與全向寬帶發射器對比。(a)工作原理；(b)建筑物的光學及紅外熱成像圖像；(c)理想寬帶涂層與選擇性涂層在露天條件下垂直表面的理論冷卻功率；(d)城市環境（南京）條件下的模擬冷卻功率；(e)與當前最先進的輻射冷卻材料（陶瓷、薄膜及涂層）的性能對比。

圖2. PRCE的光學與結構特性：(a) MIR波段PVF的功能基團選擇；(b) PVDF-HFP與PVF的FT-IR光譜；(c) XRD圖譜；(d) C 1s XPS譜；(e)由不同比例PVF溶液制備的PRCE的太陽反射率及MIR發射率光譜；(g) PVF的折射率(n)與消光系數(k)，插圖為孔徑分布；(h) PVF在UV-Vis_NIR波長范圍內的理論散射效率。

圖3. PRCE的性能與耐久性。(a)在不規則基材（1.34 m × 0.42 m）上大規模噴涂的涂層；(b)涂層形貌的SEM圖像，插圖顯示水接觸角（130.63°）；(c)穿刺膠帶測試后的照片。(d)對銅、碳、木材和鋼材基材的適用性。(e)經過50次凍融循環及砂紙打磨前后光學性能變化；Rx/R0表示第x次循環后的太陽反射率與初始值之比。(f)在pH4、7和10溶液中浸泡15天后的光學性能。(g)流水沖擊及紫外線照射18天后的太陽光反射率；(h)水沖擊及紫外線照射18天后的中紅外發射率。

圖4.不同環境條件下PRCE的性能特性分析。(a)開放環境測試裝置示意圖；(b)測試設備，插圖顯示三個樣品的紅外圖像及放大視圖；(c)太陽輻射強度與關鍵溫度的變化趨勢；(d)建筑封閉式測試裝置示意圖；(e)測試設備，插圖顯示紅外圖像；(f)太陽輻射強度與關鍵溫度的變化情況；(g)兩棟房屋（尺寸69 × 66 × 68厘米）原始屋頂與PVF涂層屋頂的可見光及紅外照片；(i) 180分鐘內太陽輻射強度與屋頂表面溫度的變化曲線。

圖5.城市幾何參數對垂直表面視場因子及冷卻功率的影響：(a)垂直建筑墻體的典型城市輻射熱交換場景；(b)地形與天空視場因子隨城市幾何參數的變化關系；(c)四種輻射源類型的凈冷卻功率隨城市幾何參數的變化規律；(d–f)不同地理位置大氣條件下墻體高度對冷卻功率的影響：(d)圣地亞哥（28 °C，10%相對濕度）；(e)北京（35 °C，30%相對濕度）；(f)新加坡（31 °C，70%相對濕度）。

小結：為解決傳統輻射冷卻涂層在城市環境中因寬帶熱發射而吸收周邊建筑和地面熱輻射、導致凈冷卻性能嚴重下降的問題，文章提出了微納多孔PVF與銀反射基底復合的光譜選擇性輻射冷卻策略。研究首先通過優化PVF、丙酮和水的質量比（1:8:1.2），經相轉化法噴涂成膜，形成具有全反式β相構象的微納多孔結構，同時利用銀基底增強太陽反射；干燥過程中溶劑與非溶劑交換誘導孔隙生成，孔徑集中于1312 nm，有效增強米氏散射。所得PRCE涂層表現出97.5%的太陽反射率、94.4%的大氣窗口（8–13 μm）選擇性發射率和1.37的光譜選擇性指數，理論冷卻功率在城市密集環境中顯著優于寬帶發射器，實地測試在開放場地實現低于環境溫度2.4°C，在模擬城市峽谷中比寬帶發射器低1.9°C，并在實際屋頂演示中使表面溫度降低10.2°C。力學與環境性能上，涂層經50次凍融循環、砂紙磨損、15天酸堿浸泡、水流沖擊及18天紫外輻照后光學性能保持穩定，水接觸角130.63°賦予自清潔能力，且適用于銅、碳、木材、鋼等多種基材；制備工藝可規模化噴涂，展現出優異的耐久性、基材適配性和實際應用潛力。

論文信息：Jia, S., Wu, R., Zahra, S. M., Asfahan, H. M., Shao, S., Chen, M., Jiang, X., Guo, W., & Li, X. Spectrally selective daytime radiative cooling coating. Advanced Materials, e73578 (2026).

都看到這里了，關注一下吧^_^

聲明：本文部分素材源自網絡，版權歸原作者所有。分享旨在促進信息傳遞與學術交流，不代表本公眾號立場，如有不當，請聯系我們處理。歡迎從事【太陽能綜合利用/輻射制冷/微納尺度傳熱】等相關領域學者分享您最新的研究工作，我們將竭誠為您免費推送，投稿郵箱：wangcunhai@ustb.edu.cn