南航AM：湖面盖层“降温膜”，蒸发抑制93%

在全球气候变暖背景下， 内陆湖泊与水库正面临前所未有的升温压力。水温升高不仅导致水体缺氧、盐碱化加剧、生物多样性下降，还显著加速表面蒸发，进一步加剧水资源短缺。传统浮动覆盖层虽被广泛用于抑制蒸发，但其吸收太阳光并加热下层水体，导致蒸发抑制效率始终受限于覆盖率（η eff /Φ ≤ 1），难以兼顾节水与降温。近日，南京航空航天大学国际前沿科学研究院郭万林院士团队李秀强教授课题组取得重要突破，成功开发出一种 超疏水辐射冷却覆盖层（SRCC） ，SRCC通过高太阳反射、强中红外发射和超疏水性主动冷却水面。实验表明，SRCC使水温降低2.2°C，在91%覆盖率下实现93.1±0.1%的蒸发抑制，首次实现 ηeff/Φ>1.0。针对中国九个湖泊的模拟显示，SRCC相对无覆盖使水温降低4.87°C，相对黑色覆盖降低12.44°C；全面部署理论上可使中国年淡水储量增加10.78 km³，相当于每人每天20.9 L。相关成果以“ Radiative cooling floating covers cool lakes and suppress evaporation ”为题发表于《 Advanced Materials 》。

多尺度结构设计：从分子到宏观的协同调控

研究团队首先通过多尺度表征揭示了SRCC的结构与表面修饰机制（图1）。SRCC由分级多孔的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）与随机分散的SiO2微粒构成。溶剂蒸发过程中，丙酮与水的挥发性差异诱导延迟相分离，形成互连的PVDF-HFP网络与纳米/微米级孔隙；SiO2纳米颗粒进一步增强太阳光散射。表面经化学计量控制的硅烷化处理后，形成纳米颗粒聚集体，静态水接触角高达167°，具备超疏水特性。这种从分子到宏观的多级结构设计，使SRCC能够主动冷却水面而非加热水体，为突破传统覆盖层热力学极限奠定了基础。

图1. 用于蒸发抑制的超疏水辐射冷却覆盖层（SRCC）的结构与表面修饰。

理论突破：蒸发抑制效率首次超越覆盖率极限

研究团队通过理论模型对比了传统覆盖层与SRCC的热行为（图2）。传统覆盖层吸收太阳辐射并将热量传导至水体，导致水温升高，蒸发抑制效率始终低于覆盖率（ η eff /Φ < 1.0）。而SRCC通过高太阳反射和强中红外发射，使水温低于无覆盖水面，从而实现 η eff /Φ > 1.0。在91%覆盖率下，SRCC的蒸发抑制效率达到93.1±0.1%，首次从实验上突破了传统覆盖层长期受限于几何覆盖率的热力学瓶颈。理论估算表明，当水温降低时，即使覆盖率仅为50%，蒸发抑制效率也可达约70%，远超几何极限。这一发现证实了主动冷却策略在提升蒸发抑制效率方面的巨大潜力。

图2. SRCC与常规覆盖层热响应、蒸发抑制效率及理论极限。

制备与表征：高效光学性能与卓越耐久性

SRCC采用简单的喷涂工艺制备，优化后的600 μm厚薄膜平均太阳反射率达98.24%（250-2500 nm），大气窗口内平均发射率达96.69%（8-13 μm）（图3）。Mie散射理论与FDTD模拟证实，孔径约676 nm时散射效率最强，与太阳光谱匹配良好。超疏水表面在富营养水体中表现出优异的抗生物污损能力，藻类附着量显著低于聚丙烯板、木板和碳板。经过15天紫外老化、水流冲击、酸碱浸泡（pH 4、7、10）、50次冻融循环和砂纸磨损测试后，SRCC的光学性能与超疏水性均保持稳定，水接触角仍高于160°，展现出优异的机械耐久性、化学惰性和环境适应性。

图3. SRCC制备与性能表征。

户外实验验证：蒸发抑制效率显著优于传统材料

研究团队构建了五组平行户外测试系统，包括SRCC、棕榈叶、聚丙烯球、泡沫盘和无覆盖空白对照，所有覆盖材料覆盖率均为91%（图4）。在正午强日照条件下连续监测4小时，SRCC覆盖的水面平均温度仅为35.7 °C，较空白对照低2.2 °C，而其他覆盖材料均导致水温升高。SRCC的蒸发速率仅为2.0 g h-1，远低于棕榈叶（18.8 g h-1）、聚丙烯球（12.8 g h-1）和泡沫盘（7.5 g h-1），蒸发抑制效率达93.1±0.1%。为期7天的持续户外测试进一步证实，SRCC蒸发抑制效率达91.7%，且超疏水性能保持稳定，展现出在实际环境中长期运行的可靠性。

图4. SRCC与常规覆盖材料蒸发抑制性能对比。

大规模模拟：中国九大湖泊降温与淡水增益潜力

研究团队将Penman蒸发模型与Keijman线性化耦合，结合主成分分析评估中国湖泊蒸发脆弱性，选取青海湖、鄱阳湖、太湖、呼伦湖等九大湖泊进行模拟（图5）。结果表明，在91%覆盖率下，SRCC使九个湖泊平均蒸发速率降低87-96%，水温较无覆盖条件平均降低4.87 °C，较传统黑色覆盖层降低12.44 °C。若在全国适宜湖泊全面部署，预计每年可增加淡水储量10.78 km3，相当于每人每天约20.9 L。尤为重要的是，SRCC的降温目标并非最大化冷却，而是将湖泊峰值温度恢复至18-25 °C的生态安全区间——低于蓝藻水华与缺氧加剧的25 °C阈值，同时高于冷水鱼类与沉水植物生长的18 °C下限。

图5. SRCC覆盖层在自然湖泊中的蒸发抑制与辐射冷却性能。

应用前景：缓解湖泊变暖与水资源短缺

SRCC兼具可规模化喷涂、超疏水自清洁、抗生物污损与环境耐久等优势，为湖泊和水库的蒸发抑制与被动降温提供了全新的工程解决方案。该技术不仅能够显著减少淡水损失，还能缓解湖泊热积累，降低藻华与生态系统崩溃风险。未来，研究团队将聚焦大规模现场验证、长期材料耐久性、生态影响评估及技术经济可行性分析，推动SRCC从实验室走向真实湖泊治理，为应对全球水资源危机与气候变化提供可持续的材料路径。