在炎炎夏日保持清涼，不僅對人體的舒適性至關(guān)重要，也會影響到一系列家用和工業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的制冷方式，以空調(diào)系統(tǒng)為代表，需要消耗大量電能，同時其中使用的制冷劑也具有很強(qiáng)的溫室效應(yīng)。
輻射制冷(Radiative Cooling)是利用部分可以穿透大氣層的特定波長電磁波，將物體的多余熱量以紅外輻射的形式永久地“扔”進(jìn)宇宙的制冷方式。由于其不耗能、不費(fèi)電的特點(diǎn)，尤其是近幾年由于納米光學(xué)和超材料的研究，實(shí)現(xiàn)了在白天太陽直射下仍能將物體降溫，輻射制冷吸引了世界各國科研人員和社會有識人士的廣泛關(guān)注。
2021年7月9日，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心陶光明研究小組和浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院馬耀光研究小組合作，報(bào)道了一種具有形態(tài)分級結(jié)構(gòu)、可大批量制備的光學(xué)超材料織物（Metafabric），具有優(yōu)異的日間輻射制冷能力。研究團(tuán)隊(duì)將光學(xué)超材料技術(shù)與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，選用綠色環(huán)保、生物可降解的聚乳酸為纖維原料，引入特定波段光學(xué)新特性，獲得了均勻連續(xù)的超材料纖維。相較于白色棉織物，Metafabric對人體體表降溫超過4 °C；在對汽車模型的降溫測試中（廣州，2020年12月7日），覆蓋Metafabric的模型內(nèi)部溫度相較于市售車罩可降溫~27 °C，相較于無織物覆蓋的模型可降溫~30 °C。
值得一提的是，本研究論文的第一作者是武漢光電國家研究中心碩士生曾少寧、浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院博士生片思杰。陶光明和馬耀光為共同通訊作者。
參考文獻(xiàn)：
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abi5484
輻射制冷技術(shù)
衣食住行，沒有哪一樣，都是無法度日的。無論是手機(jī)、電腦、空調(diào)，還是汽車、飛機(jī)、照明，甚至是比特幣挖礦，都在不停地消耗日趨減少的化石能源，并為環(huán)境帶來一些負(fù)擔(dān)。如何更高效地使用可再生能源，是科學(xué)家孜孜不倦的追求。
輻射制冷作為一種極有前途的地面建筑物無電制冷方式，在建筑節(jié)能和個人熱管理智能織物方面，備受關(guān)注。自2014年斯坦福大學(xué)Shanhui Fan 課題組首次提出日間輻射制冷概念以來，輻射制冷技術(shù)得到了快速的發(fā)展，一批優(yōu)秀的成果被相繼報(bào)道。
2019年，馬里蘭大學(xué)胡良兵和科羅拉多大學(xué)波爾得分校尹曉波團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種機(jī)械強(qiáng)度為404.3 MPa的結(jié)構(gòu)材料，是天然木材的8倍以上。該工程材料中的纖維素納米纖維反向散射太陽輻射，并在中紅外波長發(fā)射強(qiáng)，使得白天和夜晚持續(xù)低溫冷卻。研究人員還模擬了冷卻木材的潛在影響，并發(fā)現(xiàn)節(jié)能20％至60％，這在炎熱和干燥的氣候中最為明顯。
Li, T., Zhai, Y. et al. A radiative cooling structural material. Science 364, 760, Doi:10.1126/science.aau9101 (2019).
https://science.sciencemag.org/content/364/6442/760
白天輻射制冷超材料的誕生為該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而，在輻射制冷材料的應(yīng)用中，還有一系列需要考慮和解決的實(shí)際問題。例如，在建筑應(yīng)用領(lǐng)域，簡單的被動式應(yīng)用雖然可以將此類材料直接貼附或涂刷于建筑物外表面進(jìn)行降溫，但是晝夜交替和冬夏的季節(jié)變化也給這種應(yīng)用方式帶來了挑戰(zhàn)。
2018年，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校（楊榮貴和尹曉波教授團(tuán)隊(duì)）和懷俄明大學(xué)（譚剛教授團(tuán)隊(duì)）合作，發(fā)展了一種以水為工作介質(zhì)的輻射制冷集冷模塊，實(shí)現(xiàn)了第一個可全天連續(xù)運(yùn)行的千瓦級輻射制冷系統(tǒng)，并提出了輻射制冷與建筑結(jié)合的24小時全天連續(xù)運(yùn)行具體方案。
圖2. 可24小時全天連續(xù)運(yùn)行的千瓦級輻射制冷系統(tǒng)
Dongliang Zhao, Gang Tan, Xiaobo Yin, RongguiYang et al. Subambient Cooling of Water: Toward Real-World Applications of Daytime Radiative Cooling. Joule 2018.
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30468-9
同樣是2018年，美國哥倫比亞大學(xué)N. Yu和Y. Yang團(tuán)隊(duì)在Science報(bào)道了一種操作簡單、成本低廉、可規(guī)模化的多級次多孔聚合物涂層制備方法，實(shí)現(xiàn)了高效率的被動輻射冷卻。
J. Mandal, Y. Fu, N. Yu, Y. Yang et al. Hierarchically porous polymer coatings forhighly efficient passive daytime radiative cooling. Science 2018.
http://science.sciencemag.org/content/early/2018/09/26/science.aat9513?rss=1
2020年12月，杜克大學(xué)徐伯均, 李秀強(qiáng)和懷俄明大學(xué)譚剛等人通過完成一系列的光學(xué)，機(jī)械和熱學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)造性的將太陽能選擇性吸收體制熱和白天輻射制冷結(jié)合 (Dual-mode)起來用于建筑節(jié)能。研究結(jié)果表明，建筑屋頂使用所設(shè)計(jì)的Dual-mode器件后，可為建筑節(jié)約~20%的供熱和制冷能耗。
X. Li, B. Sun, C. Sui, A. Nandi, H. Fang, Y. Peng, G. Tan*, P.-C. Hsu*. Integration of daytime radiative cooling and solar heating for year-round energy saving in buildings. Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-020-19790-x
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19790-x
2020年，科羅拉多大學(xué)尹曉波和華中科技大學(xué)楊榮貴等人在Science發(fā)表綜述，闡述了日間環(huán)境輻射冷卻材料的最新進(jìn)展，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能冷卻，并正在為從宇宙中獲取寒冷作為新的可再生能源的技術(shù)鋪平道路。
Xiaobo Yin et al. Terrestrial radiative cooling: Using the cold universe as a renewable and sustainable energy source. Science 2020, 370, 786-791.
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/786
紡織品是人類最早的發(fā)明之一，既可以抵御寒冷，又可以保持美觀。現(xiàn)在，全球變暖的緊迫威脅對創(chuàng)新紡織品提出了更高的要求，未來，我們的紡衣服甚至可以隨外部溫度環(huán)境變化而自己降溫。2020年11月13日，杜克大學(xué)徐伯均, 李秀強(qiáng)等人在Science發(fā)表述評，詳細(xì)闡述了與“衣”有關(guān)的光子輻射制冷智能織物的原理、進(jìn)展和未來基于與挑戰(zhàn)。
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/784.full
