北京化工大学材料科学与工程学院汪晓东教授、刘欢副教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Phase Change Microcapsules Enable Polyoxymethylene Fiber Based Aerogels with Enhanced Sub Ambient Radiative Cooling and All Day Thermal Management”的研究论文。
辐射制冷可借助大气透明窗口（8–13 μm）向外层空间散发热量，无需额外能耗。它是一种极具前景的零能耗热管理技术，已在可穿戴设备、建筑、太阳能电池板以及食品冷却等多种场景得到应用。要实现高效热管理，辐射制冷材料需要在大气窗口（8–13 μm）具备高热发射率，同时在太阳光谱波段（0.3–2.5 μm）拥有高反射率。高热发射率能够最大化向低温外太空（约 3 K）的热辐射，实现向外界环境的热量散失，产生制冷效果；高反射率则可最大限度降低户外环境下的太阳能得热，从而提升直射日光下的制冷效率。材料在大气窗口内的发射特性本质上由分子化学键与官能团决定，不同化学键在各波段表现出差异化的振动吸收与发射特征。经过对化学键的筛选，具有 C−O−C 主链结构的聚甲醛具备本征高中红外发射率，是理想的辐射制冷材料。然而，当前辐射制冷材料在昼夜温度波动调控方面面临巨大挑战。虽然引入相变材料可通过可逆相变实现热管理，但其较高的热导率会造成过快的热响应，从而制约高效辐射制冷与隔热效果。
针对上述辐射制冷材料领域存在的缺陷，本论文设计开发了一种双层结构气凝胶复合材料。该复合材料外层为聚甲醛纤维基气凝胶，内层为负载相变微胶囊的海藻酸钠基气凝胶；该结构在提升辐射制冷能力的同时兼具隔热与热缓冲功能。依托该一体化设计，外层在 0.3–2.5 μm 波段实现 93.53% 的平均太阳光反射率，并且在大气窗口（8–13 μm）内具有 96.11% 的高平均发射率；内层可保持 159.8 J·g⁻¹ 的高潜热与 0.0678 W·m⁻¹·K⁻¹ 的低热导率。得益于上述特性，该双层气凝胶复合材料可实现腔体内部温度与环境温度最大温差：日间低于环境 18.3 ℃，夜间高于环境 9.3 ℃。相比于不含相变微胶囊的双层气凝胶，该样品的日间降温幅度提升 8.0 ℃，夜间保温幅度提升 4.4℃。因此，该复合材料在建筑领域可持续、环境友好型温度调控方面具备应用潜力。
北京化工大学材料科学与工程学院硕士董雨濛和博士史涛（已毕业）为论文的共同第一作者，汪晓东教授、刘欢副教授以及开滦煤化工研发中心马小丰正高级工程师为本论文的通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。该项研究工作得到了北京市自然科学基金的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.78181
