編輯總結
被動輻射冷卻材料通過大氣窗口向外太空發(fā)射紅外輻射，相對環(huán)境溫度提供數(shù)度的冷卻效果。許多被動冷卻策略依賴于不會降解且可能無法回收的聚合物。馬等人提出了一種基于生物質的氣凝膠，具有吸引人的輻射冷卻性能。這種基于明膠和DNA的氣凝膠具有顯著的冷卻效果，部分歸功于其熒光和磷光特性。此外，它還具有可降解和可回收的特性，這在考慮這類材料的環(huán)境影響時至關重要。—— Brent Grocholski
研究背景
在全球氣候變化不斷加劇的背景下，尋求可持續(xù)的熱管理策略顯得尤為重要。傳統(tǒng)的石油化學衍生冷卻材料由于吸收太陽光而面臨效率挑戰(zhàn)，這促使人們對被動輻射冷卻技術的關注與日俱增。被動輻射冷卻利用材料的輻射特性將內部熱量輻射到更冷的外部環(huán)境，并反射太陽輻射，實現(xiàn)冷卻效果而無需外部能源輸入。然而，現(xiàn)有的冷卻材料在面對日光吸收問題時仍有局限性。為了應對這一挑戰(zhàn)，四川大學趙海波教授、王玉忠院士等人合作提出了一種全新的解決方案——本征熒光生物質氣凝膠。這種材料利用DNA和明膠在有序分層氣凝膠中的聚集，通過熒光和磷光效應，在可見光區(qū)域實現(xiàn)超過100%的太陽加權反射率，達到了104.0%的水平。這一發(fā)現(xiàn)不僅大幅提升了冷卻效果，能在高太陽輻照下使環(huán)境溫度降低16.0°C，而且通過水焊接技術，能夠高效大規(guī)模生產。這種氣凝膠材料展示了出色的修復性、可回收性和生物降解性，實現(xiàn)了環(huán)保的生命周期管理。相關研究成果在“Science”期刊上發(fā)表了題為“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”的最新論文。 本研究的成果不僅僅是提供了一種創(chuàng)新的冷卻材料，更是為設計下一代可持續(xù)冷卻技術開辟了新的道路。通過解決傳統(tǒng)冷卻材料的吸光問題，本征熒光生物質氣凝膠展示了在環(huán)保和效率兼?zhèn)涞那疤嵯拢瑢崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的巨大潛力。這一突破為全球范圍內尋求減少碳排放、提升能源效率的科技創(chuàng)新提供了一個有力的案例，同時也為生物質材料在材料科學和環(huán)境保護領域的應用提供了新的思路和方向。
科學亮點
（1）實驗首次探索了使用本征熒光生物質氣凝膠作為被動輻射冷卻材料的潛力。
（2）實驗結果表明，通過DNA和明膠在有序分層氣凝膠中的聚集，成功實現(xiàn)了超過100%的可見光反射率。這一熒光和磷光效應使得材料在高太陽輻照下能顯著降低環(huán)境溫度達16.0°C。
（3）該氣凝膠材料不僅能有效地通過水焊接方法進行大規(guī)模生產，而且具有優(yōu)秀的修復性、可回收性和生物降解性，從而完整地支持環(huán)境友好的生命周期。
圖文解讀
圖1： 本征光致發(fā)光生物質氣凝膠板示意圖。圖3. GE-DNA 氣凝膠的可修復性、可回收性和生物降解性。
科學啟迪
本文開發(fā)了一種新型的生物質輻射冷卻材料，通過熒光誘導技術實現(xiàn)了可見光反射率超過100%的高效能氣凝膠。這項研究不僅突破了傳統(tǒng)石油化學衍生冷卻材料在太陽吸收方面的限制，還利用DNA和明膠的復合結構，精確調控了材料的光學性能，使其在可見光譜范圍內實現(xiàn)了優(yōu)異的反射率。其獨特的多層結構不僅提高了太陽光反射效率，還有效地降低了環(huán)境溫度，特別是在高太陽輻照下表現(xiàn)出了顯著的冷卻效果。 Jian-Wen Ma et al. ,A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling.Science385,68-74(2024).DOI:10.1126/science.adn5694https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn5694
