全球变暖和城市热岛效应加剧，传统冷却方式能耗高且污染环境，辐射冷却作为一种被动散热技术，无需额外能源输入，具有可持续性和环保性，成为研究热点。

基于此，深圳大学陈大柱教授等人介绍了一种先进的辐射冷却纤维膜，含有10 wt %的SiO₂/PHBV，具有微纳米多级结构。该膜PHBV为可生物降解基质，采用静电纺丝技术制备，在大气窗口内具有多个吸收峰。嵌入膜内的SiO₂纳米颗粒增强了Mie散射，并在该窗口中作为选择性发射材料。

这种纤维薄膜在大气窗口内的太阳反射率达到了令人印象深刻的0.95，发射率达到了0.89。当暴露在平均辐射强度为537.06 W/m²的阳光直射下时，膜的冷却温度为4.85°C，相对于人体皮肤产生约12.8°C的温差。膜的平均冷却功率为64.05 W/m²，在平均太阳辐射强度为751.83 W/m²时，膜的峰值冷却功率为91.75 W/m²。此外，纤维膜具有151%的断裂伸长率和124.5°的水接触角，突出了其在个人可穿戴冷却织物中的适用性。相关研究成果以“High-Performance Radiative Cooling Using a SiO₂/PHBV Fiber Membrane with a Micronano-Multistage Structure”为题目，发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

图 1. PHBV 和 SiO₂/PHBV 纤维膜的制备工艺示意图。

图2纤维膜的结构和形态：(a) PHBV和SiO2/PHBV纤维膜的孔径分布曲线。(b) SiO₂纳米颗粒、PHBV粉末、PHBV纤维膜和SiO₂/PHBV纤维膜的FTIR光谱。（c−g） PHBV纤维膜在2、3、4、5和6 wt %浓度下的SEM图像。(h) SiO₂纳米颗粒的SEM图像。（i−1）SiO₂/PHBV纤维膜在5、10、15和20 wt % SiO₂浓度。

图 3. 纤维膜的光学和冷却性能：(a) PHBV 和 (b) SiO₂/PHBV 纤维膜的反射光谱，红色阴影区域表示太阳辐射强度的分布。(c) PHBV 和 SiO₂/PHBV 纤维膜的中红外发射光谱，蓝色阴影区域表示大气窗口内的透射范围。(d) 不同厚度纤维膜的反射率拟合曲线。

图 4. 纤维膜的冷却性能分析：(a, b) 环境、3 wt% PHBV 和 10 wt% SiO₂/PHBV 纤维膜的温度曲线及其夜间记录的平均冷却温度。(c, d) 相同样品在白天的温度曲线。(e) 户外被动辐射冷却测量实验装置的数字图像。(f) 应用于人体皮肤的 10 wt% SiO₂/PHBV 纤维膜的红外热像图和实物图。(g) SiO₂/PHBV 纤维膜的冷却功率及对应的太阳辐射强度。

图5. 纤维膜理论净辐射冷却功率：理论净辐射冷却功率为3 wt % PHBV和10 wt % PHBV SiO₂/PHBV纤维膜在(a) 25℃和(b) 35℃环境温度下，非辐射热系数hc = 6 W/（m2·K)；3 wt % PHBV纤维膜在(c) 25℃和(d) 35℃环境温度下不同非辐射热系数hc下的理论净辐射冷却功率；(e) 25℃和(f) 35℃环境温度下，不同非辐射热系数时，10 wt % SiO₂/PHBV纤维膜的理论净辐射冷却功率。

图 6. 纤维膜的机械性能、疏水性和热稳定性：(a) 应力 - 应变曲线；(b) 纤维膜的平均拉伸强度和平均断裂伸长率；(c) 纤维膜与水的接触角；(d) PHBV 和 SiO₂/PHBV 纤维膜的热重分析（TGA）曲线。

结论

综上所述，该研究通过静电纺丝技术成功开发了以 PHBV 为基材、SiO₂纳米颗粒为选择性发射剂的辐射冷却纤维膜，其具有优异的太阳反射率和大气窗口发射率。3 wt% 的 PHBV 纤维膜在太阳波长范围（0.3-2.5 μm）内的反射率为 0.95，在大气窗口波段（8-13 μm）内的发射率为 0.80。当向 PHBV 基质中掺入 SiO₂纳米颗粒（平均直径：482 nm）且浓度为 10 wt% 时，纤维膜在保持太阳反射率的同时，发射率提升至 0.89。理论计算表明，SiO₂/PHBV 纤维膜的净辐射冷却功率显著提升，在 25°C 环境下从 64.70 W/m² 增至 78.62 W/m²，在 35°C 环境下从 84.67 W/m² 增至 101.04 W/m²。进一步增加 SiO₂含量超过 10 wt% 后，大气窗口发射率或冷却功率的提升不再显著。

户外测试显示，3 wt% PHBV 和 10 wt% SiO₂/PHBV 膜在夜间的冷却温度分别为 1.08°C 和 1.91°C；在 537.06 W/m² 的太阳辐射下，白天的冷却温度分别为 4.1°C 和 4.85°C。10 wt% SiO₂/PHBV 膜的平均冷却功率为 64.05 W/m²，在 751.83 W/m² 的辐射下峰值冷却功率达 91.75 W/m²。此外，10 wt% SiO₂/PHBV 纤维膜具有 151% 的断裂伸长率和 124.5° 的水接触角，在个人穿戴冷却织物领域展现出巨大应用潜力，为不同环境下的热管理提供了创新解决方案。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c07156