文獻前沿丨Chemical Engineering Journal：可規模化干法制備陶瓷-聚合物復合柔性被動日間輻射制冷薄膜

隨著全球氣溫升高、城市化加速以及汽車和建筑制冷需求持續增長，傳統空調系統帶來的高能耗與碳排放問題日益突出。被動日間輻射制冷（passive daytime radiative cooling，PDRC）能夠在不消耗額外能量的情況下，通過反射太陽輻射并在8–13μm大氣窗口向外太空輻射熱量，實現亞環境降溫，因而被認為是一種具有應用潛力的可持續熱管理技術。然而，現有高性能PDRC涂層或薄膜多依賴相分離、溶液紡絲等濕法工藝，通常需要大量有機溶劑和后續干燥步驟，存在安全風險、環境污染和規模化制造受限等問題。針對上述問題，本文借鑒鋰離子電池干法電極制造思想，提出了一種完全無溶劑的陶瓷-聚合物復合（ceramic-polymer composite，CPC）柔性輻射制冷薄膜制備方法。該方法通過粉體混合、球磨、捏合和輥壓，使MgO、空心SiO?、聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）和聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）構成均勻三維網絡，其中MgO用于增強太陽散射，空心SiO?引入多孔界面并降低熱導率，PVDF和PTFE負責提供C–F鍵紅外振動、柔性支撐和粘結作用。所得薄膜太陽反射率達到95.15%，大氣窗口發射率達到96.75%，在強太陽輻照下可實現約6℃日間亞環境降溫，并可作為乘用車節能窗簾降低制冷能耗和碳排放。相關工作以Scalable dry-processing of ceramic-polymer composite flexible passive daytime radiative cooling films為題發表于Chemical Engineering Journal期刊。

本文圍繞柔性PDRC薄膜的綠色規模化制備與車用節能需求，提出無溶劑干法陶瓷-聚合物復合薄膜。文章首先展示其輻射制冷機理、車用節能窗簾應用、Micro-CT結構及混粉、球磨、捏合、輥壓流程，說明PTFE纖維化和大面積制備可行性（圖1）。無機材料篩選表明MgO具有較強太陽散射和低吸收，MgO膜實現93.7%太陽反射率和93.9%大氣窗口發射率（圖2）。優化后MgO/空心SiO?薄膜獲得95.15%太陽反射率、96.75%發射率，具備約80W/m2日間凈冷卻功率及良好老化穩定性（圖3）。室外24h測試顯示最高降溫11.2℃，峰值輻照下仍可約6℃亞環境冷卻（圖4）。利用乘用車模擬進一步證明其在多地區具有節能和碳減排潛力（圖5）。

圖1.CPC薄膜的制備與結構表征：（a）輻射制冷機理、乘用車節能窗簾應用及CPC薄膜Micro-CT圖像；（b）CPC薄膜干法制備流程及其大面積、無溶劑、柔性和通用優勢；（c）輥壓拉伸前后PTFE的SEM圖像；（d）輥壓反向剪切力誘導PTFE纖維化示意圖；（e）大面積CPC樣品照片。

圖2.輻射制冷無機材料篩選：（a-b）300nm MgO納米顆粒在0.3μm波長下的電場和磁場分布模擬；（c-g）MgO、Al?O?、SiO?、TiO?和BaSO?顆粒在0.1–1μm粒徑、0.3–2.5μm波長范圍內的散射效率；（h）MgO納米顆粒嵌入輻射制冷薄膜在0.3–2.5μm太陽波段的反射率及中紅外發射率。

圖3.CPC薄膜的光學表征與應用性能：（a）不同偏振角下CPC薄膜太陽反射率變化；（b）2–14μm范圍內CPC薄膜ATR-FTIR表征；（c）CPC薄膜CIE色度坐標；（d）0.3–2.5μm太陽反射率及中紅外發射率光譜；（e）晴天條件下CPC薄膜應用于汽車引擎蓋表面的可見光照片與紅外熱圖；（f）不同換熱系數下日間輻射制冷功率隨溫差變化的模擬；（g）96h老化后CPC薄膜太陽反射率和大氣窗口發射率變化；（h）與已報道輻射制冷材料的光學性能對比。

圖4.CPC薄膜24h連續被動輻射制冷性能測試：（a）室外制冷性能測試系統實物圖；（b）室外制冷性能測試系統結構示意圖；（c-e）CPC薄膜連續24h運行過程中的實時溫度、太陽輻照度和相對濕度監測曲線；（f）環境溫度與薄膜溫度之間的溫差曲線。

圖5.CPC薄膜節能與碳減排模擬分析：（a-b）中國不同城市乘用車模型全年制冷能耗、節能率、電力節約和碳減排分析；（c）全球代表地區中輻射制冷遮陽簾降低乘用車冷負荷的示意圖；（d）多個代表性國家和地區的冷卻能耗及節能量對比。

小結：本研究提出了一種通過可規模化干法工藝制備的高性能陶瓷-聚合物復合柔性輻射制冷薄膜。其優異的輻射制冷能力來源于各組分經設計后的光學協同作用：介電陶瓷與聚合物組分經均勻混合、球磨和輥壓后形成穩定薄膜，其中MgO和空心SiO?增強太陽波段散射，PVDF和PTFE中的C–F鍵以及Si–O–Si鍵振動提高大氣窗口紅外發射。最終薄膜實現了95.15%的太陽反射率和96.75%的大氣窗口發射率，能夠連續實現亞環境降溫。在700W/m2光照強度下，模擬結果顯示該薄膜可獲得80W/m2的制冷功率；實際測試中，其日間溫度可低于環境溫度約6℃，優于多數傳統涂層。當作為汽車遮陽簾應用時，該薄膜可實現平均約9%的節能率，并使年碳排放量降低約9kg/m2。除優異制冷性能外，該薄膜還具有良好的柔性和耐候性，能夠適應實際應用中的彎折、老化和戶外環境要求。同時，其無溶劑制備流程避免了傳統濕法工藝中有毒溶劑的使用，降低了生產過程中的環境風險和能耗。綜合來看，該研究驗證了被動日間輻射制冷薄膜的規模化制備可行性，為汽車、建筑圍護結構、可穿戴熱管理及其他節能熱調控場景提供了一條具有實際推廣潛力的技術路徑，也為緩解全球變暖和降低制冷能耗提供了重要參考。

論文信息：Zhongyin Tian, Kai Zhang, Xiangyu Tong, Sheng Lu, Yongchao Yu, Yiqian Zhou, Hsiang-Shun Chang, Yan Feng, Yunzhi Li, Xiaowen Chen, Guangyu Yang, Shihang Li, Weiwei Li, Xiaohu Wu, Kai Huang, Lvye Dou, Lei Li, Hui Wu, Scalable dry-processing of ceramic-polymer composite flexible passive daytime radiative cooling films. Chemical Engineering Journal, 2026, 535: 175153.

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