随着全球变暖加剧，极端高温事件频发，这不仅威胁人类健康，也给户外设备的散热带来了巨大挑战。传统的被动辐射制冷（PDRC）薄膜虽然不需要能源投入，但大多包含聚合物，在高温下容易软化甚至失效。

图1：陶瓷纳米纤维示意图

近日，中南大学陈梅洁副教授等人在《Materials Today Physics》上，发表了最新研究成果“Durable ceramic nanofiber for heat dissipation in extreme environments”。本研究通过静电纺丝、静电喷涂及退火工艺，设计了一种适用于极端热管理场景的耐用型辐射冷却陶瓷纳米纤维（SiO₂@hBNhBN）。该材料具有较高太阳平均反射率（0.997）与长波红外平均发射率（0.910），满足日间辐射冷却需求。所设计的SiO₂@hBNhBN纳米纤维面内热导率为纯SiO₂纳米纤维的2.77倍，在室内与室外实验中，与纯SiO₂纳米纤维相比，分别实现6℃和5℃的温降。所设计的SiO₂@hBNhBN纳米纤维拥有优异的耐高温性能与局部散热性能，有望为极端热管理条件下柔性器件散热提供潜在解决方案。

图2：制备与表征

研究通过静电纺丝、高温退火与静电喷涂三步核心工艺，成功构筑了无机陶瓷散热纤维；经氟化改性后实现超疏水特性，接触角约150°，具备自清洁能力。从微观形貌可见纤维结构均匀，hBN纳米片均匀分布；材料展现出高太阳反射率、优异热稳定性与高面内热导率，可弯曲折叠且保持良好透气性，可用于极端环境柔性器件散热。

图3：不同参数纤维光谱反射率

通过优化前驱体配比、hBN添加量与静电喷涂时间，可调控材料的太阳反射率与中红外发射率。适当提高PVA与hBN比例，可改善其光学性能与纤维连续性；经过80min静电喷涂，可形成稳定导热与发射结构，同时避免颗粒脱落。经相关制备参数调控后，纤维薄膜可实现较高太阳反射与中红外发射，具有高效辐射冷却性能。

图4：SiO₂@hBNhBN纤维结构与PVA纤维热稳定性对比

对于纳米纤维在高温与明火下的热稳定性，传统PVA聚合物纤维在250℃加热后迅速碳化变黑，反射率骤降，遇明火快速燃烧；而SiO₂@hBNhBN陶瓷纤维经250℃保温1小时后，形貌、光谱与疏水性能几乎无变化，酒精灯明火灼烧60秒仍保持完整结构，展现出优异耐高温与阻燃特性，可在极端高温场景长期稳定工作。

图5：SiO₂@hBNhBN散热性能测试

此外，对室内外场景下散热性能进行了测试。室内高热流测试中，该陶瓷纤维相比纯SiO₂纤维降温约6℃，优于失效的聚合物纤维；户外日照条件下，与纯SiO₂纤维相比，依旧实现约5℃降温。材料在不同加热功率与太阳辐照强度下均保持稳定运行，避免局部热量累积，有效降低工作温度。因此，本文所设计的陶瓷纳米纤维膜兼具优异的日间辐射冷却、面内高效导热、阻燃耐热与超疏水自清洁性能，为户外极端环境热管理（如：新能源储能、通信基站、柔性电子与户外高端装备等）提供了潜在的解决途径。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2026.102096 

人物简介：

陈梅洁，博士，中南大学能源科学与工程学院副教授、博/硕导。本、硕、博毕业于哈尔滨工业大学，博士期间前往美国哥伦比亚大学访学1年（CSC）。主要从事低碳能源利用与热管理，入选全球前2%顶尖科学家榜单（2021年至今）、湖南省普通高校青年骨干教师培养对象、湖南省湖湘青年英才。已在Matter, Nano Letters, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Journal of Energy Chemistry等期刊发表收录论文100余篇。主持国家/省自科基金及外协项目等10余项。相关研究成果获黑龙江省科学技术奖二等奖、中国工程热物理学会多相流学术年会“青年学者优秀论文陈学俊奖”等。