ATE | 可规模化的超疏水耐候性水泥基辐射制冷涂料

背景介绍

与传统空调制冷相比，被动式冷却技术不需要外部能源驱动，仅靠热湿梯度驱动进行制冷，从而减少对化石能源的依赖，促进可持续发展。辐射制冷作为一种零能耗的冷却技术受到了广泛关注。然而，现有辐射制冷材料存在诸多局限，如：在高湿度环境下冷却功率有限、材料的光学性能易受环境影响、机械性能差、使用寿命短、制备工艺复杂且成本高，对建筑表面兼容性差等。亟需从材料与结构上进行协同优化设计，以突破现有技术局限，促进其实际应用。

成果展示

基于此，中南大学能源科学与工程学院陈梅洁副教授等人从基础建筑材料水泥出发，通过材料与结构协同设计，利用简单的制备工艺开发了一种多功能水泥基辐射制冷涂料，提升建筑材料辐射冷却性能、机械性能和耐候性，实现传统建筑材料向新功能材料转变，促进辐射制冷技术实际应用。通过加入hBN和SiO2双重颗粒可使该涂料太阳光反射率达0.94，中红外发射率达0.96。同时加入无机彩色颜料颗粒，涂料仍保持一定的高太阳光反射率和中红外发射率，实现彩色涂层结构设计。在室外，与普通水泥相比，白色涂料可实现日间5.1oC，夜间0.7oC的降温，不同饱和度的彩色涂料也有一定的温降，最高可达3.5oC。

基于EnergyPlus软件在全国各省省会城市进行了能耗分析，其中长沙市进行了逐月能耗分析。在长沙市，相较于传统普通房屋，全表面涂层房屋全年空调总能耗减少 61.87 GJ；从全国范围来看，基本呈现纬度越低，能耗降低效果越显著的趋势，最高可达 91.45 GJ。此外，在表面喷涂PFOTS溶液使其实现超疏水性能（接触角为160.7±0.8o，滚动角为9.6±0.9o），实现了对污水和泥沙的自清洁，且在紫外线照射，腐蚀性液体侵蚀以及加热工况下仍能保持超疏水性能。涂料在2.3kPa的压强下，1000目砂纸打磨150次（60 m），3M胶带剥落25次仍能保证超疏水性能，具有优异的耐候性。以上结果表明，这种水泥基辐射制冷涂料在建筑节能领域具有巨大潜力。相关研究成果以“Superhydrophobic cement-based radiative cooling paint for durable and scalable applications”为题发表在期刊《

Applied Thermal Engineering

图1 工作原理与理论分析

图2 水泥基辐射制冷涂料制备与表征

图3 光谱调控与优化

图4 彩色水泥基辐射制冷涂料

图5 自清洁性能

图6 户外温降性能

https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.128770