被動(dòng)式日間輻射制冷（PDRC）是實(shí)現(xiàn)碳中和的最有希望的節(jié)能減排途徑之一，但如何開發(fā)既能滿足室外環(huán)境美觀要求又能有效制冷的有色PDRC材料仍是一個(gè)難題。在本研究中，在聚合物骨架中設(shè)計(jì)了一種分級(jí)孔-顆粒-嵌套結(jié)構(gòu)，獲得了93.6%的太陽(yáng)反射率和91.1%的熱發(fā)射率。此外，有色變體仍然保持了高性能，其中藍(lán)色、粉紅色和黃色膜的太陽(yáng)反射率值分別為80.6%、84.8%和88.1%。孔-顆粒嵌套結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了直射和漫射太陽(yáng)光的散射，使得有效的有色PDRC膜成為可能。由于增強(qiáng)了機(jī)械性能和疏水性能，所述結(jié)構(gòu)為開發(fā)實(shí)用的室外PDRC材料提供了一種成本有效的策略。相關(guān)工作以Coral-Inspired Multi-Scale Porous Particle-Nested Structure for Efficient Colored Radiative Cooling發(fā)表在Small Methods期刊。

本文從珊瑚多尺度巢孔結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計(jì)了如圖1所示“微-納孔-顆粒嵌套”(HPN)聚合物框架，經(jīng)兩步溶液交換刮涂法制備PMMA/BaSO?/TiO?(PBT)多孔膜，實(shí)測(cè)太陽(yáng)反射率93.6%、大氣窗口發(fā)射率91.1%。圖2顯示孔-粒協(xié)同散射使正午降溫10.8 °C，凈制冷功率132.9 W m?2；圖3彩色膜(藍(lán)/粉/黃)反射80.6-88.1%，分別比同色商用涂層低13.4、18.6、6.5 °C。圖4 EnergyPlus模擬全國(guó)340城年省冷量15.5-39 MJ m?2，減碳7.7 t，驗(yàn)證了規(guī)模化、節(jié)能與碳中和實(shí)際效果。

圖1. A）PBT薄膜及其潛在應(yīng)用的示意圖。B）截面圖說明了PBT薄膜的冷卻能力歸因于多尺度散射。C）PBT薄膜的制備過程示意圖。

圖2.A）PBT膜的表面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像B）（A）的高放大率SEM圖像。C）平均孔徑散射效率因子的模擬，插圖顯示了磁場(chǎng)H和電場(chǎng)E的散射。D）測(cè)量的PBT膜的UV-vis-NIR反射率和紅外發(fā)射率（34°48′ N，113°32′ E，2022-11-15）. E）室外冷卻測(cè)試裝置的示意圖. F）PBT膜的溫度曲線. PBT膜在白天G）和夜間H）期間的凈冷卻功率計(jì)算。

圖3. A）彩色PBT膜和商業(yè)彩色膜的數(shù)字圖片。B）彩色PBT膜的色度特性。C）彩色PBT膜的表面SEM圖像。D）黃色、藍(lán)色和粉紅色PBT膜的太陽(yáng)反射率和熱發(fā)射率。E）室外彩色輻射冷卻實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。F）藍(lán)色，G）粉紅色，和H）黃色PBT膜與商業(yè)膜（34°48′ N，113°32′ E，2022-11-15）。

圖4. A）PBT薄膜的平均反射率和發(fā)射率。B）彩色薄膜應(yīng)用于建筑的示意圖。C）Energy Plus模擬中的典型建筑。模擬的中國(guó)代表性城市的冷卻功率節(jié)省D）和冷卻功率節(jié)省率E）。F）中國(guó)PBT薄膜的平均CO2減少量和成本節(jié)省。G）中國(guó)的節(jié)能性能，考慮到HVAC系統(tǒng)的能源消耗。

小結(jié)：總之，通過簡(jiǎn)單的溶液處理和多階段溶液交換，將無機(jī)粒子TiO2和BaSO4摻入到PMMA基體中，制備出具有特殊HPN結(jié)構(gòu)的PBT薄膜，其平均太陽(yáng)反射率和熱發(fā)射率分別達(dá)到93.6%和91.1%實(shí)驗(yàn)和模擬都表明，PBT薄膜可以有效地散射入射光和漫射太陽(yáng)光，室外輻射冷卻測(cè)試表明，PBT薄膜的平均亞環(huán)境冷卻效果為5.7 °C。此外，在制備階段，顏料的摻入產(chǎn)生了黃色、藍(lán)色和粉紅色的PBT薄膜，與商業(yè)彩色薄膜相比,實(shí)現(xiàn)了13.4、18.6、和6.5 °C。節(jié)能模擬表明，PBT薄膜在實(shí)際應(yīng)用中具有顯著的制冷價(jià)值，平均每年可節(jié)省1393美元。PBT薄膜的HPN結(jié)構(gòu)為解決單色輻射制冷材料的問題提供了一種新方法，并為交通和建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)凈零建筑和碳中和提供了有效的解決方案。

論文信息：Z. Zhang, Z. Song, W. Lu, et al. “Coral-Inspired Multi-Scale Porous Particle-Nested Structure for Efficient Colored Radiative Cooling.” Small Methods (2025): e01374. https://doi.org/10.1002/smtd.202501374

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