來源：Science

原文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9614

01 背景介紹

能源危機與氣候變化是21世紀人類面臨的兩項重要挑戰。當前，制冷用電約占全球總用電量的10%。傳統制冷技術在大量消耗電能的同時，也增加了溫室氣體排放。鑒于此，尋找并發展新型制冷技術對于節約能源、推動碳中和進程具有重要意義。天空輻射冷卻是通過大氣窗口波段（8-13μm）向溫度約為3K的外太空輻射熱量的被動式冷卻技術。當材料輻射的紅外熱量大于吸收的太陽光能量時，即可實現日間冷卻效果而無需外界能量輸入。近10年，輻射冷卻技術在國際國內取得了長足發展，然而，獲得一種兼具良好耐候性、可靠機械強度、低成本、可大規模制備的建筑用輻射冷卻材料是領域內一直以來的瓶頸難題。

11月9日，東南大學能源與環境學院趙東亮教授在《科學》（Science）上發表了題為“Staying stably cool in the sunlight（保持太陽直射下的穩定冷卻）”的前瞻性觀點論文（Perspective）。論文針對輻射冷卻材料在戶外長期穩定性這一關鍵難題，認為陶瓷材料不僅光譜性能出色，而且具有優異的環境穩定性，論文還從動態輻射冷卻及全生命周期評價兩方面對輻射冷卻技術進行了評述和展望（Science 2023, 382, 644-645）。趙東亮教授為論文第一作者兼通訊作者，能源與環境學院博士研究生湯華杰為共同作者，東南大學為第一通訊單位。

02 成果掠影

近日，東南大學趙東亮教授課題組針對輻射冷卻材料在戶外長期穩定性這一關鍵難題，認為陶瓷材料不僅光譜性能出色，而且具有優異的環境穩定性，論文還從動態輻射冷卻及全生命周期評價兩方面對輻射冷卻技術進行了評述和展望。該團隊從物質晶體結構出發，分析了不同類型材料在太陽光和紅外波段的光學特性，介紹了米氏散射協同調控材料光譜的設計原理，并認為陶瓷（如氧化鋁Al₂O₃、二氧化硅SiO₂等）材料在建筑輻射冷卻領域具有良好的應用潛力。陶瓷材料通常具有較高的電子帶隙，其價帶上的電子無法被太陽光波段的光子激發至導帶，因此在太陽光波段表現出極低的吸收特性。同時，陶瓷材料在大氣窗口波段具有較高的紅外輻射特性。通過米氏散射定律對陶瓷材料進行結構設計，可實現其在太陽光波段的高反射和紅外波段的高發射，以達到日間輻射冷卻效果。該前瞻性觀點論文以“Staying stably cool in the sunlight”為題發表于《Science》。

文章還詳細介紹了同期Science發表的關于陶瓷輻射冷卻材料的兩篇研究工作。Zhao等人（相關閱讀《一種溶液加工的輻射冷卻玻璃》）和Lin等人（相關閱讀《》）均通過燒結陶瓷顆粒-有機溶劑混合涂層的方法制備了具有高度緊湊結構的微納多孔輻射冷卻材料。兩組科研人員分別通過優化氧化鋁顆粒粒徑和氧化鋁骨架內部孔洞尺寸，實現了高太陽光反射率。而隸屬于三方晶系的二氧化硅和六方晶系的氧化鋁，賦予了該類材料優良的耐候性，即使在高溫煅燒、紫外照射等惡劣條件下仍能維持其高太陽光反射率。在屋面應用該陶瓷輻射冷卻材料后，建筑內部空調能耗相比于普通白色涂料建筑可降低26.8%。

03 圖文導讀

論文最后提出，通過使用陶瓷輻射冷卻材料來減少建筑碳排放的策略不能僅關注使用過程中的節能和成本效益，而應當進行全生命周期評價。此外，論文還介紹了動態輻射冷卻技術的現狀及發展瓶頸。動態輻射冷卻技術是基于外部環境條件（溫度、濕度、光照等）的變化，通過被動或主動方法調控材料太陽光及紅外光譜，實現制冷或制熱需求的輻射熱管理技術。未來，可大規模制備、低成本的動態輻射冷卻材料將會是該領域的重要研究方向之一。

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