被动日间辐射冷却（PDRC）是一种很有前途的节能冷却方法，可以在不消耗能源的情况下冷却物体。尽管已经提出了许多 PDRC 材料和结构来实现物体低于环境温度，但该技术大部分都面临着复杂的加工技术和昂贵的制造成本。近日，美国东北大学郑义教授课题组博士生刘杨，受中国传统油纸伞的启发，开发了一种由回收的聚苯乙烯泡沫和天然桐油制成的自清洁和自冷却桐油-泡沫复合材料 (OFC)，以同时实现高效的被动辐射冷却和物体的增强散热。OFCs具备高太阳反射率 (0.90, 0.3 - 2.5 μm) 和高中红外热发射率 (0.89, 8 - 13 μm)，它在太阳直射下平均产生5.4 °C的温降和86 W/ m²的冷却功率。此外，全球回收包装塑料市场可以提供廉价的原材料，同时进一步降低废旧塑料的环境污染。OFC 为建筑冷却应用提供了一种节能、经济且环保的候选材料，并为塑料回收提供了一条增值途径。该论文发表于 Journal of Materials Chemistry A。

  EPS泡沫板由聚苯乙烯通过聚合过程衍生的小聚苯乙烯珠组成（图2a和2b）。OFCs是通过机械粉碎后的泡沫颗粒均匀地涂抹桐油而制成，并具备自清洁和自冷却的表面（图1b和图2d）。由于桐油的存在，OFC样品在阳光下呈类似桐油的淡黄色，其丰富了PRDC材料的色彩。不规则形状的PS颗粒构成了OFC（图2e）的主要成分，并被桐油结合在一起。随机排列的PS颗粒可以有效地反射太阳光，并通过大气透明窗口向寒冷的外太空发射热辐射(图1a)。桐油不仅整合了由不规则形状PS颗粒构成的微/纳米结构，而且还显著改善了PS泡沫的疏水性，使其接触角从95°增强到130°（图2c, f）。桐油的防水特性在自洁表面的形成中起着重要作用，有助于户外应用。

  与EPS泡沫板相比，OFC的R_solar从0.88增强到0.90（图3a）。与均匀分布的大尺寸聚苯乙烯珠(平均尺寸为2000 μm)相比（图2c），不规则形状的PS颗粒形成具有微/纳米孔的粗糙表面，可以增强OFC对太阳光的散射（图2e）。同时，桐油由α-油酸、亚油酸、棕榈酸和油酸组成，具有自身固有的光学特性，有助于PDRC的应用。傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱表明，涂有桐油的OFC (PS泡沫颗粒)在1050 - 1250 cm-1处表现出强烈的发射带，其归功于上述四种酸成分中C-O化学键的拉伸作用。因此，与EPS泡沫板相比，桐油的存在可以大大提高其在大气透明窗内的红外发射率，从0.65提高到0.89。PS泡沫颗粒作为OFC的骨架，泡沫颗粒之间的桐油作为粘合剂将这些颗粒相互连接，进一步增强机械强度。在辐射冷却材料的散热方面上，除了考虑PDRC结构的光学响应外，还应考虑其热导率。OFC的导热系数为0.092 W/m K，比原始EPS泡沫板的导热系数(0.027 W/m K)提高了240%。OFC热导率的提高是由于机械粉碎过程产生了不规则形状的PS泡沫颗粒，进一步增加了彼此之间的接触面积。此外，由于桐油的热导率(约0.167 W/m K)远高于空气(约0.024 W/m K)，嵌入的桐油将空气挤出OFC，进一步增强了OFC内部的热传输，较高的导热系数会加速底层空间在实际情况下的散热。

  为了验证复合材料OFC的室外实际冷却效果，他们测量了OFC的温降和冷却功率（图4）。在平均太阳辐射834 W/m2下，其能达到低于大气温度5.4°C的制冷效果，冷却功率为86 W /m2，因此具有良好的被动辐射冷却性能。同时OFCs具备良好的机械性能以及防污防水特性（图5），对OFCs在实际应用中起到重要作用。

  论文链接：https://doi.org/10.1039/D3TA00823A

  下载：Oil-paper-umbrella-inspired passive radiative cooling using recycled packaging foam