四川
随着全球夏季高温天气的增多，尤其是2024年南亚地区超过50°C的极端高温，户外强烈的太阳辐射对人类健康构成了严重威胁。传统防晒产品通过吸收或反射紫外线（UV）来保护皮肤，但其对可见光和近红外光的高透射性，无法避免太阳辐射热对皮肤的加热，从而导致传统防晒霜在高温环境下难以维持人体表面温度的舒适性。辐射冷却技术作为一种零能耗的降温技术，能够通过大气窗口（8-13 µm）将热辐射传递到外太空，为人体热管理提供了一种新的可能性。
图1.RC 防晒霜的概念设计、模型构建和模拟。(a) RC 防晒霜的概念设计。(b) RC 防晒霜的光谱设计。(c) TiO₂ 纳米颗粒的 Mie 散射模拟计算。(d) TiO₂ 纳米颗粒的紫外吸收机制。(e) RC 防晒霜的降温能力模拟。
图2. RC 防晒霜的表征。(a) RC 防晒霜样品的照片（比例尺 1.5 cm）。(b) RC 防晒霜涂抹在人手臂上的照片（比例尺 5 cm）。(c) RC 防晒霜中 TiO₂ 纳米颗粒的尺寸分布。(d) RC 防晒霜的扫描电子显微镜（SEM）图像。(e) RC 防晒霜的太阳反射率。(f) RC 防晒霜及商业防晒产品在中红外波段的发射率。
图3. 不同防晒霜的室外降温性能测试。(a) 设备的示意图。(b) 设备的实物照片（比例尺 10 cm）。(c) 不同防晒霜的太阳反射率和中红外发射率比较。(d-e) 北京室外晴天场景下的实时温度（d）和皮肤模拟器平均温度（e）。(f-g) 海口海边室外晴天场景下的实时温度（f）和皮肤模拟器平均温度（g）。(h-i) 海口海边室外多云场景下的实时温度（h）和皮肤模拟器平均温度（i）。(e, g, i 图中的误差条表示不同时间点测量的样品变化（每 2 秒测量一次，共持续 3 小时），显示平均值 ± 标准差 (n = 5401)。
图4. RC 防晒霜的综合性能。(a) 紫外透射率。(b) 防晒指数（SPF）值。(c) RC 防晒霜与仅含大尺寸 TiO₂ 纳米颗粒样品的紫外透射率比较。(d) RC 防晒霜与仅含大尺寸 TiO₂ 纳米颗粒样品的 SPF 值比较。(e) UV 辐射稳定性测试的示意图。(f) RC 防晒霜的 UV 辐射稳定性。(g) 不同颜色的防晒霜在人手臂上的展示（比例尺 5 cm）。(h) RC 防晒霜与商业防晒霜的成本比较。(i) 模拟阳光下不同防晒霜涂抹手臂的示意图。(j) 模拟阳光下的红外热成像图。(k) 海边晴天室外环境下不同防晒霜涂抹背部的示意图。(l) 海边晴天室外环境下的红外热成像图。
图5. RC 防晒霜的体内生物相容性。(a) 小鼠体内生物相容性实验的示意图。(b) 小鼠在 UV 照射前的照片。(c) 小鼠在 UV 照射后的照片。(d) 空白皮肤的染色切片图。(e) 使用 RC 防晒霜处理的皮肤的染色切片图。(f) 空白皮肤和使用 RC 防晒霜处理的皮肤的厚度比较。
该研究成功制备了一种兼具高紫外屏蔽和辐射冷却性能的防晒霜，表现出以下优异性能：
在紫外波段（0.2-0.38 µm）透射率为4.86%，太阳波段（0.38-2.5 µm）反射率达90.19%，中红外波段（8-13 µm）发射率为92.09%。
在各种夏季户外场景中，RC Sunscreen的皮肤表面温度相比裸皮肤降低4.2-6.0°C，相比传统防晒霜降低2.3-6.1°C。
显示出高稳定性（在强UV辐射下连续12小时性能无显著变化）、高水阻性（接触角达106°）和良好的生物相容性。
成本低廉，市场化潜力显著。
总的来说，该研究为辐射冷却技术应用于化妆品提供了新思路，对改善高温环境下的人体热管理具有重要意义。
论文信息：Xu J, Wu X, Li Y, et al. High-Performance Radiative Cooling Sunscreen[J]. Nano Letters, 2024. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04969
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