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 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，空調(diào)制冷已經(jīng)成為建筑物保持內(nèi)部溫度舒適不可或缺的手段，但空調(diào)普遍采用的空氣壓縮制冷技術(shù)不僅耗電嚴(yán)重，產(chǎn)生大量溫室氣體，還會(huì)造成環(huán)境“凈”升溫效應(yīng)。此外，壓縮機(jī)的制冷劑在使用過程中泄露會(huì)破壞大氣臭氧層，加劇其他環(huán)境問題。相比之下，具有凈制冷能力的被動(dòng)式日間輻射制冷（PDRC）技術(shù)對(duì)太陽光具有極高反射率，同時(shí)可將自身熱量通過波長(zhǎng)為8-13 μm的大氣透明窗口散逸到外太空，因此無需損耗電能就能實(shí)現(xiàn)建筑物表面自發(fā)降溫，有望替代空氣壓縮制冷系統(tǒng)，對(duì)世界能源格局和減緩全球氣候變暖有著積極意義。然而，PDRC材料的實(shí)際應(yīng)用還面臨復(fù)雜昂貴的制造方式以及表面污染引起制冷性能不斷衰減的難題。

針對(duì)上述問題，美國(guó)東北大學(xué)鄭義教授與成都科學(xué)技術(shù)發(fā)展中心唐昶宇研究員合作，設(shè)計(jì)了一種可表面自清潔、可輻射制冷、可再生的纖維素紙。這項(xiàng)工作選用了具有高紅外發(fā)射率、高太陽光反射率的纖維素紙作為基底，將聚四氟乙烯微納米顆粒均勻地鑲嵌在纖維素紙表面的微孔內(nèi)形成具有仿荷葉效應(yīng)的超疏水涂層（圖1）; 該涂層的引入不僅可以增強(qiáng)纖維素紙表面太陽光反射率（反射率從0.89提高到0.93）而提高制冷功率（圖2），還可以保護(hù)纖維素紙免于雨水淋濕、灰塵污染，這種防水、自清潔能力有助于解決PDRC材料輻射制冷性能在戶外環(huán)境中衰減的問題。在834 W/m2和671 W/m2的太陽輻射強(qiáng)度下，該超疏水紙的輻射制冷功率可達(dá)104 W/m2, 能實(shí)現(xiàn)低于大氣溫度5°C的制冷效果。此外，該纖維素紙可以回收造漿再次制成輻射制冷紙，具有環(huán)保、低成本的特點(diǎn)。

圖1.（a）原始紙張，（b）PTFE涂覆的纖維素紙的表面潤(rùn)濕狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)。

圖2. 原始紙張和輻射制冷紙的半球反射率光譜。

該研究還進(jìn)一步推進(jìn)了輻射制冷材料在戶外建筑模型中的應(yīng)用探索。實(shí)驗(yàn)將纖維素復(fù)合張染成紅色和黃色，貼于木制房屋模型表面（圖3），與染有同樣顏色的木制房屋模型進(jìn)行戶外降溫效果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)貼有紅色、黃色紙張的房屋模型室內(nèi)溫度分別比同樣染色的房屋模型低2.2 °C和 2.6°C （圖3）。該結(jié)果進(jìn)一步說明經(jīng)過染色的纖維素復(fù)合紙可以吸收適當(dāng)?shù)目梢姽獠ㄩL(zhǎng)顯示特定顏色，還同時(shí)有效反射近紅外光以減少太陽光加熱效應(yīng)，從而兼顧了建筑物輻射制冷和裝飾美觀的需求。

圖 3.染色的輻射制冷紙所包覆的木制房屋模型。

該研究進(jìn)展以《Superhydrophobic and Recyclable Cellulose-Fiber-Based Composites for High-Efficiency Passive Radiative Cooling》為題發(fā)表在ACS Applied Materials and Interfaces上。該論文共同一作者為田彥培、邵虹，通訊作者為鄭義教授和唐昶宇研究員。