将被动辐射冷却技术与温差发电技术结合并融入到可穿戴织物中对于发展新一代能源器件具有重要的意义。然而，在实际材料制造过程中，平衡辐射制冷材料的机械柔性和光学性能并非易事，使得最终组装的发电器件温度梯度小、输出电压低且循环稳定性差。因此，如何实现高效和稳定的制冷-发电一体化具有重要的现实意义！

近日，南京林业大学付宇教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“An engineered superdurable cellulosic radiative cooling – Power generation wearable metafabric”。研究者通过静电纺丝工艺，制备出柔性的纤维素复合辐射制冷织物材料，具有优异的太阳光反射率、高红外发射率、日间辐射制冷功效。

此外，该纤维素复合辐射制冷织物表现出较优的日间辐射冷却能力，可实现户外低于环境温度5.7 ℃的制冷效果。将辐射制冷织物与商用热电设备耦合，以组装基于织物的温差发电设备。该器件在一个阳光下可以输出200 mV的电压，并在多次洗涤或折叠使用后显示出稳定的发电性能。通过将串联6个温差发电设备，可以在户外实现约519 mV的高电压输出。这项工作为开发下一代可持续可穿戴温差发电设备提供了新的思路。

图1：纤维素辐射制冷织物的设计思路。

基于Mie散射理论，一方面，聚氨酯用于提高醋酸纤维素的柔性和机械性能，另一方面，MOF用于提高材料的可见光散射能力。最后通过采用静电纺丝技术将其复合溶液纺丝成具有多孔结构的辐射制冷织物（图1所示）。该织物具有优异的柔性、高太阳光反射能力、高红外发射能力，可以作为新一代柔性的辐射制冷织物。根据温差发电理论，可以将其作为冷源俘获基体进而提高温差发电装置的输出电压。

图2：柔性纤维素织物的光学和辐射制冷性能。

如图2所示，由于存在多层次的孔结构，织物可以强烈的散射可见光，因此柔性纤维素复合织物具有高太阳光反射能力。另一方面，纤维素的分子振动赋予了织物高红外发射能力，可以作为日间辐射制冷材料以实现人体热管理。相比于纯醋酸纤维素，在模拟一个太阳光下，复合纤维素织物的表面温度相对较低，证实了其散射性能的增强。进一步通过户外测试表明，该织物可以实现低于环境温度5.7 ℃的日间辐射制冷效果。

图3：基于柔性辐射制冷纤维素织物温差发电性能。

此外，将辐射制冷纤维素织物和热电片组装成温差发电装置并且评估了其在太阳光下的发电性能。可以看到，随着模拟太阳光功率的增加导致温度梯度的增加，装置输出电压增加。在模拟一个太阳的光照下，发电装置可以实现约200 mV的输出电压。重要的是，纤维素织物在经过不同折叠循环测试（从第1000次到第5000次和第7000次）后仍然能保持一个稳定的输出电压，证实了其优异的稳定性。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152599 

人物简介：

付宇：南京林业大学材料科学与工程学院教授、博导，江苏省特聘教授。主要研究方向为：生物基高分子纳米复合材料、仿生气凝胶功能材料、聚合物电解质与电化学储能器件。在Advanced Functional Materials, ACS NANO，Energy Storage Materials, Nano Letters, Nano Energy, Small, Carbon Energy等期刊发表论文40余篇，授权发明专利15余项，出版中、英文专著各一部，主持和参与多项国家自然科学基金。

蔡晨阳：南京林业大学材料科学与工程学院副教授，硕士生导师，江苏省优秀博士学位论文获得者。主要研究方向：纳米纤维素功能气凝胶和生物质辐射制冷材料。以第一作者或通讯作者在Advanced Functional Materials、ACS Nano、Energy Storage Materials、Nano Letters、Nano Energy、Carbon Energy、Small等期刊发表论文30篇，授权发明专利4项。