我校薛朝華教授團(tuán)隊最新Prog. Mater. Sci.綜述：可量產(chǎn)、多功能、零能耗輻射降溫材料

近日，輕工科學(xué)與工程學(xué)院薛朝華教授團(tuán)隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團(tuán)隊，在材料科學(xué)頂級期刊《Progress in Materials Science》（影響因子：48.165）發(fā)表了題為“Scalable multifunctional radiative cooling materials”綜述論文。我校薛朝華教授、香港理工大學(xué)王鉆開教授和華中科技大學(xué)陶光明教授為文章共同通訊作者，輕工科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生黃夢晨和華中科技大學(xué)博士后楊麥萍為文章共同一作，陜西科技大學(xué)為第一通訊單位。

隨著全球變暖加劇和極端高溫天氣頻發(fā)，人體、建筑、設(shè)備等的降溫需求日益迫切。傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)降溫，但其運行所需的制冷劑和電力嚴(yán)重加劇了溫室效應(yīng)和能源消耗，對綠色可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅。是否存在一種新型的綠色降溫方式，可以在不消耗能源的情況下實現(xiàn)降溫？輻射降溫技術(shù)是一種無需能量輸入的物理降溫技術(shù)，它通過對太陽光和中紅外波段光譜進(jìn)行選擇性精準(zhǔn)調(diào)控，最終實現(xiàn)物體的無源持續(xù)降溫。該技術(shù)有助于緩解能源危機(jī)和溫室效應(yīng)，對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。

近年來，關(guān)于輻射降溫材料的理論模型、基本原理和精準(zhǔn)成型的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。然而，如何通過豐富的原材料和成熟的工藝技術(shù)來制備輻射降溫材料或器件以滿足大規(guī)模的實際應(yīng)用需求仍有許多工作需要開展。鑒于此，薛朝華教授團(tuán)隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團(tuán)隊發(fā)表了相關(guān)綜述論文，系統(tǒng)闡述了輻射降溫基本原理和可宏量制備的多功能輻射降溫材料的設(shè)計策略，全面總結(jié)了多功能輻射降溫材料或器件研究及其應(yīng)用拓展，進(jìn)一步展望了輻射降溫材料未來發(fā)展的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，并提出了相應(yīng)的解決思路或建議方案。該文章有望在基礎(chǔ)科學(xué)研究和實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之間架起一座橋梁，彌合基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)需求之間的差距，有效促進(jìn)輻射降溫材料或器件更好地服務(wù)于人類社會。

輻射降溫材料或器件的基本原理、設(shè)計策略、多功能化及應(yīng)用

該論文重點從輻射降溫材料或器件的宏量制備、多功能化、應(yīng)用挖潛等方面系統(tǒng)地總結(jié)了可量產(chǎn)多功能輻射降溫材料的最新成果，旨在縮短基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)需求之間的差距，更好地服務(wù)于人類降溫需求。

1.關(guān)于宏量制備方面，論文歸納分析了現(xiàn)有輻射材料或器件的設(shè)計策略。通過精細(xì)設(shè)計材料結(jié)構(gòu)，如多層介電光子結(jié)構(gòu)、隨機(jī)分布散射顆粒、聚合物多孔結(jié)構(gòu)，對太陽光波段和中紅外波段光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控；并將豐富的原材料和多種工藝技術(shù)結(jié)合，例如相分離、纖維紡絲、隨機(jī)顆粒雜化等策略，以得到可擴(kuò)展的輻射降溫材料與器件，為其宏量化提供了思路。

2.關(guān)于多功能化方面，論文總結(jié)了各種多功能輻射降溫材料或器件以滿足不同應(yīng)用場景需求，如自清潔輻射降溫、溫度自適應(yīng)智能輻射降溫、彩色輻射降溫、隔熱輻射降溫等，并歸納了相應(yīng)功能需求的光學(xué)設(shè)計原則及多功能輻射降溫材料或器件的應(yīng)用潛力。

3.關(guān)于應(yīng)用挖潛方面，論文討論了可量產(chǎn)多功能輻射降溫材料或器件在節(jié)能建筑、光伏制冷、人體熱管理及集水系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用及優(yōu)缺點，并闡述了相關(guān)應(yīng)用所需的光譜設(shè)計特點及在實際使用中需要考慮的問題，如可持續(xù)性、耐候性及成本等?？闪慨a(chǎn)多功能輻射降溫材料或器件的快速發(fā)展將為建筑節(jié)能、光伏產(chǎn)業(yè)、可穿戴器件等領(lǐng)域帶來機(jī)遇。

該文章有望為材料、化學(xué)、物理、光學(xué)和工程等多學(xué)科的學(xué)者提供諸多靈感和啟發(fā)，從而推動零能耗、可持續(xù)降溫技術(shù)研究成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，加速其在多領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供新動力、新機(jī)遇。該課題得到了國家自然科學(xué)基金（52103263, 62175082）、中國博士后科研基金（2020M683410）、新加坡教育部（A-8000107-01-00)、新加坡國立研究基金會（NRF）新加坡混合集成下一代μ電子（SHINE）中心資助計劃、陜西省重點研發(fā)計劃國際科技合作項目（2020ZDLGY13-11）的支持！

近年來薛朝華教授團(tuán)隊在輻射降溫能源材料研究領(lǐng)域取得成果如下：

[1] Meng-Chen Huang, Maiping Yang, Xiao-Jing Guo,Chao-Hua Xue*, Hui-Di Wang, Chao-Qun Ma, Zhongxue Bai, Xianjun Zhou, Zuankai Wang*, Bing-Ying Liu, Yong-Gang Wu, Cheng-Wei Qiu, Chong Hou, Guangming Tao*. Scalable Multifunctional Radiative Cooling Materials[J].Progress in Materials Science,2023, 137, 101144. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101144.

[2] Meng-Chen Huang,Chao-Hua Xue*, Jianying Huang,Bing-Ying Liu,Xiao-Jing Guo,Zhongxue Bai,Ren-Xuan Wei,Hui-Di Wang, Mi-Mi Du,Shun-Tian Jia, Zhong Chen, Yuekun Lai. A Hierarchically Structured Self-cleaning Energy-free Polymer Film for Daytime Radiative Cooling[J].Chemical Engineering Journal,2022, 442: 136239.

[3] Hui-Di Wang,Chao-Hua Xue*, Zhan-You Ji,Meng-Chen Huang, Zi-Hao Jiang,Bing-Ying Liu, Fu-Quan Deng, Qiu-Feng An,Xiao-Jing Guo. Superhydrophobic Porous Coating of Polymer Composite for Scalable and Durable Daytime Radiative Cooling[J].ACS Applied Materials & Interfaces,2022, 14: 51307-51317.

[4]Chao-Hua Xue*, Ren-Xuan Wei,Xiao-Jing Guo,Bing-Ying Liu, Mi-Mi Du,Meng-Chen Huang, Hui-Gui Li, Shun-Tian Jia. Fabrication ofSuperhydrophobicP(VDF-HFP)/SiO₂Composite Film for Stable Radiative Cooling[J].Composites Science and Technology,2022, 220: 109279.

[5]Bing-Ying Liu,Chao-Hua Xue*, Hong-Mei Zhong,Xiao-Jing Guo,Hui-Di Wang, Hui-Gui Li, Mi-Mi Du,Meng-Chen Huang,Ren-Xuan Wei, Long-Gang Song, Bo Chang, Zuankai Wang*. Multi-bioinspired Self-cleaning Energy-free Cooling Coatings[J].Journal of Materials Chemistry A,2021, 9 (43): 24276.

[6]Hui-Di Wang,Chao-Hua Xue*,Xiao-Jing Guo,Bing-Ying Liu, Zhan-You Ji,Meng-Chen Huang,Shun-Tian Jia. Superhydrophobic Porous Film for Daytime Radiative Cooling[J].Applied Materials Today,2021, 24: 101100.

[7] Hongmei Zhong, Yanan Li, Peng Zhang, Shouwei Gao,Bing-Ying Liu, Yang Wang, Ting Meng, Yongsen Zhou, Huwang Hou,Chaohua Xue, Yang Zhao, Zuankai Wang*. Hierarchically Hollow Microfibers as a Scalable and Effective Thermal Insulating Cooler for Buildings[J].ACS Nano,2021, 15: 10076-10083.

[8]Chao-Hua Xue*,Bing-Ying Liu,Hui-Di Wang, Shun-Tian Jia. Superhydrophobic and Self-cleaning Radiative Cooling Film and Preparation Method thereof[P]. US 10,927,244 B1, Feb. 23,2021.

[9]薛朝華,柳冰瑩,王慧迪,賈順田.一種超疏水自清潔輻射降溫薄膜及其制備方法[P].中國: ZL201910774588.9, 2019-08-21.

[10]薛朝華,韋任軒,賈順田.一種超疏水自清潔輻射自降溫材料及其制備方法[P].中國: ZL202110062875.4, 2022-09-06.

[11]薛朝華,柳冰瑩,王江河,胡利翠.超疏水自清潔溫度自適應(yīng)型輻射降溫涂層及涂層制備方法[P].中國: CN114736566A, 2022-07-12.

（核稿：薛朝華 編輯：雷超）