Science：纯天然空调制冷-高效率的被动辐射冷却性能

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研究亮点：

1.发展了一种操作简单、成本低廉、可规模化的多级次微纳米多孔聚合物涂层制备方法。

2.实现了高效率的被动辐射冷却性能。

每到炎炎夏日，我们都会想到两个人。一个是后羿，射掉了9个太阳；另一个是Willis Haviland Carrier，现代空调系统的发明者。然而，长期呆在空调环境中可能会导致人体体温调节能力减弱，各种生理功能紊乱等问题。而且，目前的空调系统带来大量能耗和环境问题。因此，有必要开发新型的空调制冷技术。

辐射冷却是指物体通过反射太阳光和辐射散去热能的过程，不需要损耗电能就能实现环境的被动降温。问题在于，现有的辐射冷却技术要么效果不好，要么不实用。而辐射冷却技术的关键之一，在于表面涂层的性能。

有鉴于此，美国哥伦比亚大学N. Yu和Y. Yang团队报道了一种操作简单、成本低廉、可规模化的多级次多孔聚合物涂层制备方法，实现了高效率的被动辐射冷却。

图1. P(VdF-HFP)HP薄膜的制备和光学性能

材料的选择：

P(VdF-HFP)具有优异的电磁性能，其作为被动辐射冷却涂层具有以下几个优势，从而确保了P(VdF-HFP)可以在LWIR窗口有效辐射热量。

1）在太阳光谱区域（λ = 0.3-2.5 μm）具有可以忽略的消光系数，使太阳光加热降低到最小。

2）分子结构中不同的振动模式，导致在热波长处具有多个消光峰。

3）具有优异的抗老化、防污、防紫外线能力。多孔结构使得薄膜更具疏水性能。

简便的涂层制备方法：

研究人员以P(VdF-HFP)、水和丙酮混合物作为前驱体溶液（水不是溶剂，丙酮是溶剂），采用相转化法制备得到多级次多孔聚合物膜，放置在于基底上然后在空气中干燥。丙酮的快速蒸发导致P(VdF-HFP)从水中发生相分离，从而形成微纳米尺度的液滴。水蒸干之后，富含微纳米孔道结构的P(VdF-HFP)HP薄膜也就形成了。

值得一提的是，这种涂层可以通过类似刷墙的方式进行施工，对于实际应用极具吸引力。可以采用刷涂、浸涂、喷涂等各种工艺，也适用于金属、木材、塑料凳多种基材。除此以外，P(VdF-HFP)HP还可以做成稳固的科循环的片层材料。

优异的辐射冷却性能：

由于微纳米孔道结构的存在，薄膜具有极佳的反向散射太阳光和增强热辐射的能力。研究发现，厚度大于300μm，孔隙度超过50%的P(VdF-HFP)HP薄膜半球为0.96， 为0.97。当厚度大于500μm时，可以达到0.98以上。超高的值确保了对太阳光的有效反射，并避免了之前设计中广泛使用的银反光器。

在太阳光强度为890和750 W m-2条件下，涂层可将室温自然降低6℃左右，冷却功率为96 W m-2。这一性能足以媲美目前最好的被动辐射冷却技术。

总之，这项研究利用相转化法开发了一种操作简单、成本低廉、可规模化的多级次多孔聚合物涂层制备方法，实现了高效率的被动辐射冷却性能，为更宜居的生活环境，更节能环保的空调系统的设计起到了重要推动作用！

参考文献：

J.Mandal, Y. Fu, N. Yu, Y. Yang et al. Hierarchically porous polymer coatings forhighly efficient passive daytime radiative cooling. Science 2018.

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/09/26/science.aat9513?rss=1