近年來，隨著溫室效應(yīng)加劇，夏季高溫天氣頻發(fā)，不僅嚴重影響戶外工作者和旅行者的健康，還帶來巨大的經(jīng)濟損失。預(yù)計到2030年，高溫所帶來的經(jīng)濟影響將達到2.4萬億美元。被動日間輻射冷卻技術(shù)因其能夠在無需外部能源的情況下反射太陽光并向太空輻射熱量，成為應(yīng)對高溫環(huán)境的重要策略。然而，傳統(tǒng)的基于熱誘導(dǎo)相分離方法制備的輻射冷卻薄膜存在成本高、污染大、光學(xué)性能不足等問題，尤其是其太陽光反射率僅約為55%，嚴重限制了其實際應(yīng)用。

南京航空航天大學(xué)郭萬林院士、李秀強教授課題組開采用了一種簡單且可規(guī)模化制備的新方法，制備出高性能透射型日間輻射冷卻薄膜。該方法通過將中紅外透明的固體SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）與聚乙烯（PE）共混，并通過溶解SEBS形成多孔結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)了米級薄膜的制備。該薄膜具備95%的太陽光反射率和80%的中紅外透射率，同時成本降低68%，二氧化碳排放減少92%。在晴天和陰天條件下，該薄膜覆蓋的模擬皮膚可實現(xiàn)分別低于環(huán)境溫度約4℃和3℃的冷卻效果，表現(xiàn)出卓越的被動冷卻性能。相關(guān)論文以“High Performance Transmission-Type Daytime Radiative Cooling Film with a Simple and Scalable Method”為題，發(fā)表在

Advanced Materials

圖1 通過示意圖對比了中紅外透射型與發(fā)射型薄膜的工作原理及其熱阻差異。理論計算表明，透射型薄膜在室內(nèi)外均表現(xiàn)出更優(yōu)的冷卻性能，尤其在戶外強光環(huán)境下，其覆蓋的皮膚溫度可比發(fā)射型薄膜低3.5–14℃。圖2 展示了新方法的制備流程及其環(huán)保與經(jīng)濟優(yōu)勢。采用固-固共混相分離法替代傳統(tǒng)液-固方法，不僅顯著減少污染，還提高了產(chǎn)率。生命周期評估顯示，新工藝的二氧化碳排放當(dāng)量降低約92%，生產(chǎn)成本下降68%，展現(xiàn)出良好的環(huán)境友好性和經(jīng)濟性。

圖1. 發(fā)射型與透射型薄膜的對比與計算。（a）中紅外透射與發(fā)射薄膜對人體熱量輸出和太陽熱量輸入的示意圖。（b）發(fā)射型與透射型薄膜（本工作）的熱阻分析示意圖。（c）（d）分別在室內(nèi)外條件下覆蓋不同類型薄膜的皮膚溫度計算。

圖2. 材料制備流程與環(huán)境經(jīng)濟性分析。（a）本工作薄膜的制備過程。（b）本薄膜與傳統(tǒng)PE薄膜的生命周期環(huán)境影響對比。（c）原材料與能耗成本對比。

圖3 呈現(xiàn)了薄膜的光學(xué)性能與結(jié)構(gòu)特征。宏觀照片顯示其具備米級尺寸與光滑白色外觀，掃描電鏡圖像揭示其納米級微孔結(jié)構(gòu)。光譜測試表明，該薄膜在太陽光譜段反射率達95%，在中紅外波段透射率達80%。通過米氏散射理論和FDTD模擬進一步驗證，其孔徑分布（30–1100 nm）有效增強了太陽波段的散射，同時保證中紅外的高透射。與既往研究相比，該薄膜在反射率、透射率、尺寸和殘留致孔劑容忍度方面均具有綜合優(yōu)勢。

圖3. 材料的光學(xué)性能。（a）薄膜宏觀照片（0.2 × 2 m）。（b）高分辨率SEM圖像顯示納米級微孔。（c）紫外-可見-近紅外反射光譜。（d）中紅外透射光譜。（e）孔徑分布。（f）（g）納米孔在不同波長下的散射效率模擬。（h）與既往工作的性能對比。

圖4 展示了室內(nèi)外熱測試結(jié)果。在500 W/m2光照下，該薄膜幾乎無需額外冷卻功率即可維持皮膚溫度在34℃，表現(xiàn)優(yōu)于棉、尼龍和滌綸等常見紡織品。戶外實測中，在晴天（輻照度約930 W/m2）和陰天（約280 W/m2）條件下，薄膜覆蓋的皮膚溫度分別低于環(huán)境4℃和3℃，夜間亦能實現(xiàn)5℃的亞環(huán)境冷卻。此外，與不同反射率的PE材料對比，其冷卻性能始終領(lǐng)先。

圖4. 室內(nèi)外熱測試。（a）自制熱流測試平臺示意圖。（b）在500 W/m2光照下達到34℃所需額外冷卻功率。（c）不同紡織品覆蓋下的模擬皮膚溫度。（d）戶外測試裝置示意圖。（e）實時太陽輻照度。（f）（g）晴天測試結(jié)果。（h）（i）陰天測試結(jié)果。

圖5 通過人體穿著實驗進一步驗證了薄膜的實際效能。在戶外晴朗、多云及室內(nèi)環(huán)境中，薄膜覆蓋的皮膚溫度均低于商用防護服，最高可達5℃的降溫效果。盡管紅外相機顯示其表觀溫度略高，但實際皮膚溫度顯著更低，體現(xiàn)了其優(yōu)異的透射散熱能力。此外，通過微針穿孔處理提升了其透氣與透濕性，并經(jīng)過百次洗滌和老化測試，表明該薄膜具備良好的耐久性與穩(wěn)定性。

圖5. 人體穿著測試。（a）防護服光學(xué)照片，左側(cè)為商用紡織品，右側(cè)為本薄膜。（b）（c）左右兩側(cè)材料布置示意圖。（d）（e）（f）在不同環(huán)境下的紅外圖像與平均溫度。（g）（h）（i）實時溫度與模擬結(jié)果對比。

總結(jié)而言，該研究通過創(chuàng)新的固-固共混致孔方法，成功制備出具有優(yōu)異光學(xué)性能、低環(huán)境負荷與低成本的高性能輻射冷卻薄膜，在多種環(huán)境下均表現(xiàn)出顯著的冷卻效果，為個人熱管理提供了可行的解決方案。未來，研究團隊將進一步開發(fā)纖維狀樣品，以提升穿戴舒適性并拓展應(yīng)用場景。

來源：高分子科學(xué)前沿

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