香港城大戴建国/雷党愿团队《AM》综述：彩色辐射制冷：从光子学方法到荧光色彩及其他

辐射制冷技术作为一种绿色低碳的新型冷却手段，凭借其可持续性和节能优势正获得广泛关注，该技术不仅能够有效提升热环境舒适度，更能显著降低传统制冷系统带来的能源消耗与环境负荷 。为了满足美观、可切换 制冷 、伪装和彩色智能窗户等 多种功能需求 ，在辐射 制冷 材料的设计中，颜色通常比白色外观更受青睐。 彩色辐射 制冷 (CRC) 已成为一种主流技术，不仅可以实现色彩缤纷的外观，还可以 结合 荧光材料 增加有效太阳反射率来增强 制冷 性能。

近日， 香港城市大学 戴建国讲座教授 团队联合 雷党愿 教授 团队 近日在国际著名期刊《AdvancedMaterials》上发表题为“ Colored Radiative Cooling: from Photonic Approaches to Fluorescent Colors and Beyond ”的综述论文， 系统总结 CRC 设计的光子学方法和潜在机制，深入探讨平衡鲜艳色彩与 制冷 性能的策略 ， 涵盖 CRC 材料设计的 基本原理、着色方法、动态光谱特性、应用及挑战 （图 1 ） 。

图 1. 彩色辐射 制冷 技术的概述包括基于光子结构的着色、基于光学材料的着色方法、动态调制策略以及 各 方面 应用。

文章首先详细介绍了 CRC 技术的相关原理 ，包括针对 CRC 材料的多波段光谱设计、考虑荧光的有效太阳反射率以及热发射率测试与计算方法、户外传热过程以及制冷功率计算、色彩属性的表征和计算等（图 2 ）。 详细而系统的 CRC 基 本 原理 论述 ，为 CRC 材料设计 提供了 理论与方法参考 。

图 2. 彩色辐射 制冷 的基本原理。

接着，文章深入探讨了 CRC 材料中基于光子结构的产色方法 ，如 光子晶体 、 彩虹色周期性干涉结构 、 等离激元共振结构 、 法布里 - 珀 罗和米氏 共振 结构 （图 3 ） ，讨论了其中光子学方法在产色和增强制冷方面的机理，比较分析其材料选择与结构设计的独到之处 。

图 3 . 彩色辐射 制冷 中 的 光子结构产色（以 法布里 - 珀 罗 和米氏共振结构 为例） 。

然 后，文章重点介绍了 CRC 设计中基于光学材料的产色方法 ，包括常见吸 光 型颜料以及荧光材料 ，深入讨论了用于产色的光学材料在 CRC 设计中的使用方法以及内在机制。 从 吸收互补色 到 荧光色 的 增强制冷 设计策略 （图 4 ） ，这些策略赋予了 CRC 材料 在现实世界环境中 的大规模应用潜力 ，且经过合理设计可展现出优良的制冷性能 与 耐久 的多样色彩 。

图 4 . 彩色辐射 制冷 中 的 光学材料产色（以吸光型颜料为例） 。

随 后，文章 重点讨论了如何在 CRC 材料中引入光谱调控特性 ，以增强其在不同气候区下的热管理与节能效果 （图 5 ） 。其动态 调制 能力主要体现于 太阳波段（ 0.25-2.5  m ） 的吸收率 以及远红外段（ 2.5-30  m ） 下的热发射率。通过探讨常用的热致变色材料如变色粉、二氧化钒等，以及结合使用的光子结构如 法布里 - 珀罗 共振腔，来分析其在增强调制能力方面的机制和规律。

图 5. 彩色辐射 制冷 中 的 光谱调控 。

最后，文章深入分析了这些 CRC 材料 的 多 领域应用 （图 6 ） ，如 节能建筑 、 道路涂层 、 车辆 漆膜 、 作 物培育 、 个人热管理、智能窗 和 伪装 等领域 ，强调了仍需面对的 挑战 以及解决方案 （图 7 ） 。

图 6. 彩色辐射 制冷 的 应用 。

图 7 . 彩色辐射 制冷 面临的挑战与前景 。

总的来说， 这篇综述文章为 彩色辐射 制冷 材料的 设计 与开发 提供了全面的视角，展示了从基础研究到实际应用的广阔前景。 由于 彩色辐射制冷 材料在 热管理与节能 领域的研究常涉及材料科学、化学、 物理 学、 土木 工程 与环境科学 等多学科交叉，跨学科合作对于推动该领域的发展至关重要。随着研究的不断深入与创新设计， 彩色辐射制冷 材料有望 在碳中和 与能源 领域发挥 关键 性作用，并对人类社会的可持续发展产生深远影响。

作者信息：

汪涛 ， 中山大学学士， 香港 理工大学博士研究生。

刘颖 ， 东华大学 学士及 博士，美国加州大学洛杉矶分校 访问学者 ， 香港 城市 大学博士 后 研究 员 。

董优 ， 香港理工大学土木及环境工程系副教授。分别于湖南大学和美国理海大学获得学士和博士学位。主要研究方向是利用数据科学、机器人技术和机器学习技术，在劣化、灾害和气候变化的影响下，实现资产的风险、韧性和可持续性信息化设计、评估和全生命周期智能维护。研究方向还包括数据驱动的计算模型、巡检机器人、物理引导的深度学习以及基于数字孪生的智能维护 。

尹晓波 ， 香港大学机械工程系教授。分别于 1998 年和 2001 年在南京大学获得物理学学士和硕士学位，并于 2008 年在 美国 斯坦福大学获得博士学位。目前的研究重点包括： i ）理解不同时空尺度和不同极端条件下能量 - 物质相互作用的基本原理； ii ）开发可 规模化 且可持续的制造技术，以 推动 新材料 / 结构 在 气候 - 水 - 能源 - 粮食 领域 中的各种应用 。

雷党愿 ， 雷党愿，香港城市大学教授，功能光子学研究中心副主任，伦敦帝国理工学院博士和教务长访问教授，香港青年科学院院士，国家优秀青年科学基金（港澳）获得者。长期从事纳米尺度量子光子学及低维量子光学材料的超快非线性光谱研究，特别关注纳腔增强光与物质相互作用的物理机制及在能量转换、光电子器件以及生物光子学方面的器件应用。迄今共发表学术论文近 260 篇，总引用近 16000 次， h-index 是 72 。其多光子泵浦、超低阈值量子点激光器研究入选 Nature Communications 杂志 2020 年物理领域阅读量最高的 50 篇文章之一；他与合作者共同发明的智能辐射制冷涂层被 Science 杂志作为编辑精选进行报道，其在绿色建筑和电子器件热管理方面的应用获得两项日内瓦国际发明展金奖 。

戴建国 ， 香港城市大学建筑 学 及土木工程系讲座教授，目前兼任系主任。分别于大连理工大学获得工学学士和硕士学位，并于 日本 北海道大学获得博士学位。研究主题是 “ 可持续混凝土基础设施的新材料 与 结构 ” 。研究方向包括纤维增强聚合物复合材料和水泥基复合材料、海 工 混凝土结构的耐久性和全生命周期维护、多功能涂层以及低碳 地 聚物混凝土 。

原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202414300

来源：高分子科学前沿

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