随着工业生产力的日益发展，室内制冷技术已经渗透入现代社会的方方面面，传统电力作为支持的制冷技术会带来温室效应和能源消耗，而无能耗绿色的室内制冷技术——被动日间辐射制冷技术（PDRC）可以完全规避掉这些问题。但是现目前用于PDRC的材料多为有机材料，且难于抵御室外复杂环境，大大限制这一门技术的发展，所以寻找一种耐候性更强的PDRC技术就成了目前亟待解决的问题。

近日，青岛大学王晓雄教授团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，发表了最新研究成果“Development of an Inorganic weather resistance Composite Fabric for Efficient Passive Daytime Radiative Cooling Applications”。研究者通过静电纺丝技术制备了耐候性强、透气透水性好的氧化硅无机纤维织物。在太阳光直射下，柔性无机氧化硅纳米纤维膜与不依赖银或铝箔作为背景层的对照相比实现了最低7 ~ 8 °C 的温度降低，产生的平均辐射冷却功率密度为66 W/m²。

图1：氧化硅纤维薄膜的实物图，光学性质和热辐射损失模拟。

通过静电纺丝技术制备的氧化硅纤维薄膜在煅烧前（图1a）变为煅烧后（图1b）的实物对比可以看出整体上基本上没有较大的形态上的变化，纤维膜表面有无嵌套有微球（图1c）会对其热损失功率产生一定影响（图1d）。纤维膜的反射光谱（图1e）显示其对于太阳光谱区间普遍具备90%以上的反射率，透射光谱（图1f）显示其在“大气窗口”波段具有高的发射率。这一特性使其能够与大气层的红外透过窗口完美匹配，从而高效地将热量以辐射形式发射至寒冷的宇宙空间。

图2： 氧化硅纤维膜紫外辐照处理前后图，以及其在辐照、酸碱液体环境浸泡前后机械性能和光学性能对比图。

紫外辐照处理24h前（图2a）和后（图2b）显示了紫外辐照并不会对氧化硅薄膜宏观样貌产生大的变化。处理前后的应力应变曲线（图2c）显示紫外辐照也不会对其机械性能产生较大的影响，作为对比同样具备PDRC性能的聚偏二氟乙烯（PVDF）纤维膜则会在紫外辐照处理前后产生较大的机械性能的变化（图2d）。在酸性环境、去离子水环境、紫外辐照处理下的氧化硅薄膜其反射光谱（图2e）和透射光谱（图2f）均能保持较好的水平。

图3：氧化硅PDRC性能测试装置图以及降温性能测试结果。

测试装置是通过测试PDRC材料封顶的的腔室内部温度变化来进行降温性能的表征（图3a，b），通过对比混泥土板和对红外完全透过材料聚乙烯（PE）薄膜封顶在腔室内部的温度降温（图3c）得到氧化硅纤维薄膜的太阳辐射功率密度变化图（图3d），可以看到氧化硅纤维膜可以在正午（11点到14点）有9-11 °C的降温效果，在夜间具备7-8°C的降温效果。在太阳直射的情况下，通过对比氧化硅和纸张以及聚乙烯薄膜的热成像图（图3e，f）可以更直观地观察到其具备较好的冷却效果。

图4 ：氧化硅纤维膜阻燃性测试。

图5：氧化硅纤维膜透气性，宏观反射效应以及透水性测试。

图6：氧化硅纤维膜辐射冷却功率密度。

展望：本PDRC系统是基于无机材料氧化硅的耐候性强，克服了现有PDRC材料由于环境耐候性差，不能长时间用于户外的缺陷。在长时间紫外照射下，本PDRC系统依旧保持了光学性能和机械性能前后不变，和有机系统进行了强烈的对比。另一方面在其他诸如抗酸性，透气性，透水性，阻燃性四个方面依旧有不俗的表现，这些环境耐候性进一步保证了其在户外运用时候降温能力的续航。

更重要的是，在氧化硅本身具备良好的太阳反射率和红外高发射率的基础上，使用了纤维网络结构的氧化硅无机纤维膜提供了更多的反射界面，更进一步提高了其太阳反射效率。粗糙的表面结构实现了光的漫反射，有效避免了镜面反射可能造成的光污染问题。在冷却测试中，也展示了其优秀的降温能力。事实上，现目前通过静电纺丝技术制备无机PDRC材料的研究还在起步阶段，未来我们有理由相信耐候性更强的无机材料会是PDRC材料的主流之一，静电纺丝技术也会在PDRC材料领域大放异彩。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c19477

作者简介：

王晓雄，青岛大学教授。2010年毕业于山东大学物理学基地班，2016年毕业于中国科学技术大学，获凝聚态物理博士学位，2019年就职于青岛大学物理科学学院。主要从事自支撑柔性压电材料研究。近年来主持国家自然科学基金、中国科协项目、教育部产学研项目、生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室自主课题及青岛市博士后应用研究项目等，在Nature Communications、Nano Energy、ACS Nano、Progress in Materials Science 等杂志以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文40余篇，其中包括IF＞10的论文十余篇，被引次数超过3000次，h-因子34，授权国家发明专利10余项。