南林蔡晨阳/付宇 Nano Lett.: 仿生微结构长效耐候辐射降温木材

2025-03-17 来源：高分子科技

传统的制冷系统通常会消耗大量的能量并排放大量的二氧化碳温室气体，对地球环境和人类生存造成较大的负担。辐射制冷是一种被动制冷方式，其主要是利用地球与外太空之间的大气透明窗口（波长8–13 μm），将地球表面的热量以热辐射的形式发射到外太空。木材具有多层级孔结构、高红外发射率、绿色可再生以及易加工等特性，在辐射制冷领域备受关注。但是，辐射制冷木材在户外长期使用的稳定性仍然是不可忽视的问题。

日前，南京林业大学付宇教授、蔡晨阳副教授等人受撒哈拉银蚁微结构的启发，采用木材细胞壁处理结合光子晶体组装的策略，将木材转换成具有多层次微结构的户外长效使用的日间辐射制冷材料，其具有高太阳光反射率、红外发射率、结构稳定性和抗紫外特性。户外测试表面降温木材能实现低于环境温度5.5 ℃的制冷效果，并且紫外加速实验证实其可以在户外长期使用（UV照射720 h后仍然具有4.5℃的制冷效果），DFT模拟进一步阐明了分子尺度的化学键保护机制。相关工作以“Bioinspired Durable Daytime Radiative Cooling Wood: Realizing Outdoor Longtime Use”为题发表在《Nano Letters》上。

撒哈拉银蚁的毛发结构（定向排列的毛发和横截面的三角形孔结构）能有效的反射太阳光和辐射中红外，受其启发，基于日间辐射制冷的光谱学要求（定向排列的光子结构导致的高散射和分子振动模式赋予的强红外发射），利用去木质素后木材径向定向排列的纤维和横切面多尺度的孔结构原位生长光子晶体TiO₂@Mica，最后经过热压工艺形成结构与功能一体的长效抗紫外型日间辐射制冷木材（图1A-B）。实验结果表明，降温木材具有95.8%的太阳光反射率和0.95的中红外发射率，户外可以实现长效持久的辐射制冷功效。与此同时，降温木材结构稳定，表面自清洁。Energy Plus模拟证实其每年可以实现约40%左右的制冷能耗节约。

图1 仿生设计、日间辐射制冷光谱学、制冷木材的光学散射和红外辐射机制等。

该方法简便可行，为发展绿色生物基辐射热调控材料提供了新的方法。南京林业大学材料科学与工程学院青年教师蔡晨阳为第一作者和通讯作者，材料科学与工程学院付宇教授为共同通讯作者，南京林业大学为第一完成单位。该成果得到了江苏省自然科学基金和南京林业大学科研启动基金的资助，感谢编辑和审稿人宝贵的建议。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c06496

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（责任编辑：xu）

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