辐射制冷技术发展态势分析与展望

已在月面国旗织物、冰川保护材料上得到应用1,为实现可持续碳中术的资助情况，并分析其技术发展态势，最过空间散热实现制冷，是一种被动制冷技术2]。高于绝对零度 地球因温度高于宇宙，能够自发向宇宙辐射热量。在8~13微米的波2022年5月启动的“未来城市的弹性‘皮肤’”项目³由意大利佩鲁到缓解城市热岛效应的目的。2021年2月，西班牙高等科研理事会牵头的辐射制冷混凝土项目MIRACLE⁴,提出了光子超构混凝土 (PhotonicMeta-ConcrZeroEnergyBuildings,NZEB)向太阳能电池技术以及通信技术等领域拓展。2024年9月，欧盟还批准了MIRACLE混凝土配方商业潜力评估的相关项目5。这些项目有望变革现代建筑和城市景观，并为新境温度的辐射制冷面板6,旨在减少化学品、药品、食品饮料、制造业、仓储行业的工业冰箱冰柜的电力消耗。2022年10月，伦敦大学涂层7,实现超100瓦/平方米的制冷功率，兼具成本效益和低维护性，适用于商业、工业和住宅建筑；2024年2月，伦敦大学学院又产的辐射制冷板8,可显著减少制冷系统的电力消耗。2024年3月，英国相变材料(PCM)产品公司启动PCM-ACStore项目9,将PCM与 资助10,采用类镜面材料将建筑物内部热量辐射至太空，为建筑物降温。该项目在2024年底结束，所研发的材料已在加州两家超市得到使用，可减少15%~20%能源使用量，年节省数万加仑用水和两万千瓦时的电力!1。2024年7月，范德比尔特大学的华人科学家李德玉凭借在热辐射研究领域的开创性发现——声子极化激元(一种红外光与原子振动耦合产生的能量载体)可实现超越黑体辐射极限的超高效辐射制冷效果，赢得NSF首届开拓者工程影响力奖(Trailblazer展示相关材料和装置中声子极化激元的发射率以及将其与太阳能电创新研究计划(SBIR)在2022年8月资助了清洁制冷技术企业HeatInverse,研发用于冷藏运输车与太阳能透明被动制冷薄膜材料13,并开发材料制造、改进工艺以及特定应用的安装方法，实现该材料的大规模生成和应用。二、辐射制冷技术发展态势辐射制冷技术以外太空为冷源，无需额外消耗能量，在建筑冷却、人体热管理织物等诸多方面都有着良好的应用前景，吸引着研究人员投身其中展开探索。目前，竖直表面辐射制冷效能问题、从自然界具有优异光热调节能力的生物得到灵感开发新型辐射制冷微结构以及从光子学角度构建光谱选择性结构提升制冷功率，是当下的研究热点。研究人员的探索使辐射制冷的技术前沿不断得到拓宽。1、克服竖直表面日间辐射制冷难题迄今，日间辐射制冷研究多集中于屋顶等直接朝天表面。然而，实际应用中如建筑物外墙、车辆及纺织品等竖直制冷对象更为常见。因此，竖直表面辐射制冷技术的发展至关重要。相较于水平面，竖直制冷需应对更多挑战：既要有效减少太阳光谱吸收，又要高效通过大气窗口向太空散热，同时还需防止地面高温加热，以确保最大化制冷效果。近年来为克服竖直表面日间辐射制冷难题，国际国内多个研究团队在该领域深耕，取得重要进展：2024年6月芝加哥大学华人团队开发了一种光谱工程层次结构织物¹4,针对垂直方向的选择性光谱设计，使其具有在大气窗口内向外表面选择性发射的特性，并在内表面具有宽带发射特性，实际穿戴时比棉织品的温度低了约1.8℃;2024年11月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所团队与合作者体热调节手段展现出广阔的应用前景。2024年9月，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校团队使用同轴挤出工艺制造了由导电金属芯和多孔和电阻加热功能于一体的热适应性智能纺织品17,可检测人体生理信号，并依据环境温度与人体出汗水平动态调节温度。2025年2月，口的中红外区域具有98.6%的发射率，其织物在阳光直射下可实现低于环境温度3.2℃的降温效果，为极端环境下的热防护实际应用奠定了基础。耗极高，可达数据中心总能耗的40%19。在绿色建筑层面，为达到目展研究。2024年11月，中国科学院成都光电所团队提出了一种在保璃[20,达到全季节节能，与商用低辐射(Low-E)玻璃相比，可使室内降温7.1℃,升温0.4℃,有望在我国节省13%~53%的建筑总能耗。2025年2月，南方科技大学光明高等研究院团队受耐热生物的独特毛发结构启发，设计制备了一种仿生微金字塔形结构辐射制冷膜21,基于金字塔微结构对全反射的增强，该膜具有97.3%的太阳光反射率和超98%的大气窗口红外光发射率，且兼具柔韧性，在建筑热管理方辐射制冷材料和制冷方案的研究。未来辐射制冷技术研究应侧重于(1)自适应性辐射制冷材料与太阳能集热、光伏发电结合。侧重辐射制冷材料光谱特性的微调，需确保材料在大气窗口和中红外区域具有高发射率，以便有效散热，还需确保在可见光光谱中具有高透射率，以满足应用需求。特别是，不同类型的超导材料在太阳光谱内具有不同的光吸收范围，这对与之结合的辐射制冷材料提出了更苛刻(2)良好的环境适应性与耐久性。辐射制冷材料能以涂料或薄膜等形式被应用到各种特殊环境(极端温度、污染性、腐蚀性、紫外线照射等),如何在各种恶劣的环境中持久保持材料性能仍是一项长期的挑战，研发适应极端环境并且具有耐用性、自清洁性的辐射制冷涂料尤为重要。(3)颜色可调的辐射制冷材料。白色的辐射制冷