文獻前沿丨Small Methods：受珊瑚啟發的多尺度多孔顆粒嵌套結構用于高性能彩色輻射冷卻

被動式日間輻射制冷（PDRC）是實現碳中和的最有希望的節能減排途徑之一，但如何開發既能滿足室外環境美觀要求又能有效制冷的有色PDRC材料仍是一個難題。在本研究中，在聚合物骨架中設計了一種分級孔-顆粒-嵌套結構，獲得了93.6%的太陽反射率和91.1%的熱發射率。此外，有色變體仍然保持了高性能，其中藍色、粉紅色和黃色膜的太陽反射率值分別為80.6%、84.8%和88.1%?？?顆粒嵌套結構增強了直射和漫射太陽光的散射，使得有效的有色PDRC膜成為可能。由于增強了機械性能和疏水性能，所述結構為開發實用的室外PDRC材料提供了一種成本有效的策略。相關工作以Coral-Inspired Multi-Scale Porous Particle-Nested Structure for Efficient Colored Radiative Cooling發表在Small Methods期刊。

本文從珊瑚多尺度巢孔結構出發，設計了如圖1所示“微-納孔-顆粒嵌套”(HPN)聚合物框架，經兩步溶液交換刮涂法制備PMMA/BaSO?/TiO?(PBT)多孔膜，實測太陽反射率93.6%、大氣窗口發射率91.1%。圖2顯示孔-粒協同散射使正午降溫10.8 °C，凈制冷功率132.9 W m?2；圖3彩色膜(藍/粉/黃)反射80.6-88.1%，分別比同色商用涂層低13.4、18.6、6.5 °C。圖4 EnergyPlus模擬全國340城年省冷量15.5-39 MJ m?2，減碳7.7 t，驗證了規?；?、節能與碳中和實際效果。

圖1. A）PBT薄膜及其潛在應用的示意圖。B）截面圖說明了PBT薄膜的冷卻能力歸因于多尺度散射。C）PBT薄膜的制備過程示意圖。

圖2.A）PBT膜的表面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像B）（A）的高放大率SEM圖像。C）平均孔徑散射效率因子的模擬，插圖顯示了磁場H和電場E的散射。D）測量的PBT膜的UV-vis-NIR反射率和紅外發射率（34°48′ N，113°32′ E，2022-11-15）. E）室外冷卻測試裝置的示意圖. F）PBT膜的溫度曲線. PBT膜在白天G）和夜間H）期間的凈冷卻功率計算。

圖3. A）彩色PBT膜和商業彩色膜的數字圖片。B）彩色PBT膜的色度特性。C）彩色PBT膜的表面SEM圖像。D）黃色、藍色和粉紅色PBT膜的太陽反射率和熱發射率。E）室外彩色輻射冷卻實驗裝置的示意圖。F）藍色，G）粉紅色，和H）黃色PBT膜與商業膜（34°48′ N，113°32′ E，2022-11-15）。

圖4. A）PBT薄膜的平均反射率和發射率。B）彩色薄膜應用于建筑的示意圖。C）Energy Plus模擬中的典型建筑。模擬的中國代表性城市的冷卻功率節省D）和冷卻功率節省率E）。F）中國PBT薄膜的平均CO2減少量和成本節省。G）中國的節能性能，考慮到HVAC系統的能源消耗。

小結：總之，通過簡單的溶液處理和多階段溶液交換，將無機粒子TiO2和BaSO4摻入到PMMA基體中，制備出具有特殊HPN結構的PBT薄膜，其平均太陽反射率和熱發射率分別達到93.6%和91.1%實驗和模擬都表明，PBT薄膜可以有效地散射入射光和漫射太陽光，室外輻射冷卻測試表明，PBT薄膜的平均亞環境冷卻效果為5.7 °C。此外，在制備階段，顏料的摻入產生了黃色、藍色和粉紅色的PBT薄膜，與商業彩色薄膜相比,實現了13.4、18.6、和6.5 °C。節能模擬表明，PBT薄膜在實際應用中具有顯著的制冷價值，平均每年可節省1393美元。PBT薄膜的HPN結構為解決單色輻射制冷材料的問題提供了一種新方法，并為交通和建筑領域實現凈零建筑和碳中和提供了有效的解決方案。

論文信息：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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