被动辐射冷却是一种新兴的散热技术，它可以在不消耗任何能量的情况下反射太阳辐射能量并通过大气透明窗口有效地将热量散发到3K宇宙空间。其在绿色建筑、航空航天、电子设备等领域备受关注。然而，传统的辐射冷却材料的对太阳光的反射效果仍然具有局限性。此外，对于工作状态的加热设备而言，大多数具有高热阻和低稳定性的辐射冷却材料难以处理器件产生的积累热量以保持其冷却性能。为了解决这些问题，理化所王树涛、赵紫光和合作者揭示了异质界面的多级散射机理，制备了一种级联异质孔结构辐射冷却材料（HENF），其具有97.3 % 的太阳光谱反射能力和96.5% 的中红外发射能力，在亚环境温度条件下拥有114 W m-2的冷却能力。同时其结合了具有热吸收功能的相变特性实现了宽温域热适应辐射冷却性能，在设备加热系统中提供了抗热冲击的能力，解决了传统辐射冷却材料应用领域受限的难题，相关工作以“Cascaded Heteroporous Nanocomposites for Thermo-Adaptive Passive Radiation Cooling”发表在《Advanced Materials》上。
用于热适应被动辐射冷却的级联异质孔结构辐射冷却材料
【级联异质孔结构辐射冷却材料的结构设计与功能】
在这项研究工作中，研究者利用原位双相聚合和空间限制蒸发相结合的方法，制备了具有级联异质孔结构的热适应被动冷却纳米复合材料。其由外部的有机红外发射相（IEP）和内部密集分布的无机太阳反射微腔（SPR）组成。在外部的红外发射相中，大量的C-O、C-C和C-H键产生的分子键振动可以在大气透明窗口(8-13 μm)内产生强发射效果。同时，具有层次折射率差异的异质孔界面可以进一步诱导入射光的多级散射效果，从而产生强烈的太阳光散射效果。通过将相变功能结合到辐射冷却系统，HENF可以同时具有热扩散和热吸收能力来应对加热设备在经历热冲击时的大量热量积累。
HENF的力学性质及孔隙率可以通过前驱体微相分离比例进行调控，其具有15.34 MPa的弹性模量和55.52 HD的表面硬度的优异的机械性能。DSC结果显示器在45.7 ~ 63.2℃范围内HENF具有相变吸热功能，相变焓在50次加热冷却循环中仍然保持在93 J·g-1以上。此外，HENF还有优异的环境适应性，包括抗溶胀性，基底粘附力，自清洁性能以及自修复性能。【级联异质孔结构辐射冷却材料的亚环境辐射冷却性能】HENF可以实现97.3 % 的太阳光谱反射能力和96.5% 的中红外发射能力，在正午环境可以降温11.5 ℃，在亚环境温度条件下拥有114 W m-2的冷却能力。其辐射冷却能力对比多种结构辐射冷却材料具有先进性。通过近场散射分布和远场方位角散射分析，我们从微观到宏观角度对比了异质孔结构和均质孔结构的光学管理性质。异质孔结构对入射光的高效散射效率有效地增强了级联增强效应，进而增强了HENF的辐射冷却性能。HENF可以实现从-80 ℃ 到150 ℃ 的稳定辐射冷却性能，并在2000W m-2热冲击下实现了20℃的温降效果，实现了HENF的热适性辐射冷却性能。研究者开发了一种用于热自适应被动辐射冷却的级联异质多孔纳米复合薄膜。其表现出优异的亚环境辐射冷却性能，冷却功率达到了114 W m-2。同时，与仅能提供有限热散失的传统辐射冷却材料相比， HENF结合了热散失和热吸收以高效处理热量积累并抵御热冲击。这种异质多孔纳米复合结构和功能为设计高性能辐射冷却器提供了一种创新的策略，为复杂的冷却应用铺平了道路。
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