文献前沿丨Small Methods：受珊瑚启发的多尺度多孔颗粒嵌套结构用于高性能彩色辐射冷却

被动式日间辐射制冷（PDRC）是实现碳中和的最有希望的节能减排途径之一，但如何开发既能满足室外环境美观要求又能有效制冷的有色PDRC材料仍是一个难题。在本研究中，在聚合物骨架中设计了一种分级孔-颗粒-嵌套结构，获得了93.6%的太阳反射率和91.1%的热发射率。此外，有色变体仍然保持了高性能，其中蓝色、粉红色和黄色膜的太阳反射率值分别为80.6%、84.8%和88.1%。孔-颗粒嵌套结构增强了直射和漫射太阳光的散射，使得有效的有色PDRC膜成为可能。由于增强了机械性能和疏水性能，所述结构为开发实用的室外PDRC材料提供了一种成本有效的策略。相关工作以Coral-Inspired Multi-Scale Porous Particle-Nested Structure for Efficient Colored Radiative Cooling发表在Small Methods期刊。

本文从珊瑚多尺度巢孔结构出发，设计了如图1所示“微-纳孔-颗粒嵌套”(HPN)聚合物框架，经两步溶液交换刮涂法制备PMMA/BaSO₄/TiO₂(PBT)多孔膜，实测太阳反射率93.6%、大气窗口发射率91.1%。图2显示孔-粒协同散射使正午降温10.8 °C，净制冷功率132.9 W m⁻²；图3彩色膜(蓝/粉/黄)反射80.6-88.1%，分别比同色商用涂层低13.4、18.6、6.5 °C。图4 EnergyPlus模拟全国340城年省冷量15.5-39 MJ m⁻²，减碳7.7 t，验证了规模化、节能与碳中和实际效果。

图1. A）PBT薄膜及其潜在应用的示意图。B）截面图说明了PBT薄膜的冷却能力归因于多尺度散射。C）PBT薄膜的制备过程示意图。

图2.A）PBT膜的表面扫描电子显微镜（SEM）图像B）（A）的高放大率SEM图像。C）平均孔径散射效率因子的模拟，插图显示了磁场H和电场E的散射。D）测量的PBT膜的UV-vis-NIR反射率和红外发射率（34°48′ N，113°32′ E，2022-11-15）. E）室外冷却测试装置的示意图. F）PBT膜的温度曲线. PBT膜在白天G）和夜间H）期间的净冷却功率计算。

图3. A）彩色PBT膜和商业彩色膜的数字图片。B）彩色PBT膜的色度特性。C）彩色PBT膜的表面SEM图像。D）黄色、蓝色和粉红色PBT膜的太阳反射率和热发射率。E）室外彩色辐射冷却实验装置的示意图。F）蓝色，G）粉红色，和H）黄色PBT膜与商业膜（34°48′ N，113°32′ E，2022-11-15）。

图4. A）PBT薄膜的平均反射率和发射率。B）彩色薄膜应用于建筑的示意图。C）Energy Plus模拟中的典型建筑。模拟的中国代表性城市的冷却功率节省D）和冷却功率节省率E）。F）中国PBT薄膜的平均CO2减少量和成本节省。G）中国的节能性能，考虑到HVAC系统的能源消耗。

小结：总之，通过简单的溶液处理和多阶段溶液交换，将无机粒子TiO2和BaSO4掺入到PMMA基体中，制备出具有特殊HPN结构的PBT薄膜，其平均太阳反射率和热发射率分别达到93.6%和91.1%实验和模拟都表明，PBT薄膜可以有效地散射入射光和漫射太阳光，室外辐射冷却测试表明，PBT薄膜的平均亚环境冷却效果为5.7 °C。此外，在制备阶段，颜料的掺入产生了黄色、蓝色和粉红色的PBT薄膜，与商业彩色薄膜相比,实现了13.4、18.6、和6.5 °C。节能模拟表明，PBT薄膜在实际应用中具有显著的制冷价值，平均每年可节省1393美元。PBT薄膜的HPN结构为解决单色辐射制冷材料的问题提供了一种新方法，并为交通和建筑领域实现净零建筑和碳中和提供了有效的解决方案。

论文信息：Z. Zhang, Z. Song, W. Lu, et al. “Coral-Inspired Multi-Scale Porous Particle-Nested Structure for Efficient Colored Radiative Cooling.” Small Methods (2025): e01374. https://doi.org/10.1002/smtd.202501374

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