辐射制冷

辐射制冷是一种被动式热管理策略，其利用材料通过红外辐射自然散发热量的特性，在提升能源效率、推动气候适应性发展及可持续技术创新方面具有重要意义，可广泛应用于个人热管理、建筑温度调控及航空航天工程等领域。

在陆地居住环境中，辐射制冷装置在8–13μm大气窗口(AW)范围内进行辐射散热，同时抵御微生物、紫外辐射、污染、火焰、酸/碱雨和颗粒物(PM)等环境损害。

最后，概述了阻碍极端环境辐射制冷装置发展的关键挑战，并提出了突破现有局限的潜在策略，以期推动其未来商业化进程。

此外，本文评估了极端辐射制冷装置的冷却效果与抗环境性能。

自2013年首例日光环境下工作的辐射制冷结构问世至今，工程化辐射制冷系统(ERCSs)在仿生结构、彩色材料、超构表面等方向快速发展，为热调控与节能应用开辟了新路径。

a建筑用辐射制冷结构材料；

综述了极端环境下的挑战，以及相应的抗环境型辐射制冷材料与微纳结构设计。

I辐射制冷材料的应用场景

辐射制冷材料与光子结构的研究日益聚焦于实际应用，尤其是对材料性能提出严苛要求的极端环境。

这些环境可大致划分为陆地居住环境、陆地极端环境、航空环境及太空环境四类，每类环境均对辐射制冷材料与微纳结构设计提出了差异化需求(图1)。

随后，系统梳理了符合这些设计原则的辐射制冷材料与微纳结构最新进展，重点关注其在陆地居住环境、陆地极端环境、航空环境及太空环境中的应用。

b高耐久性多层丝织物辐射制冷材料；

彩色辐射制冷材料通过可见光谱高反射与中红外高发射实现被动制冷，但传统白色材料可见光宽带反射(0.4-0.74μm)限制实际应用，且纺织业色彩需求制约发展。

超构结构辐射制冷材料从光子晶体设计向可扩展多孔结构演进，显著提升被动辐射制冷技术商业化潜力，其通过米氏散射实现太阳光谱(0.3-2.5μm)高反射，并精准调控与人体热辐射(峰值≈9.5μm)重叠的大气窗口(ATW，8-13μm)中红外发射；

探讨了面向极端环境应用的下一代辐射制冷技术强化策略，提供了有价值的见解。

辐射制冷技术能够通过热辐射这一被动零能耗过程，从外层空间这一“冷源”中获取冷量。

上海交通大学张荻院士、周涵等人对极端环境下的辐射制冷技术进行了批判性综述，重点探讨了提升环境耐受性与冷却效率的方法。

基于高太阳反射率与大气透明窗口(ATW)中红外高发射率协同作用原理，辐射制冷技术在节能领域展现显著效能。

通过提供前瞻性技术路线指引，本文旨在为辐射制冷技术在真实应用场景中的工业化推进奠定理论基石。

然而，辐射制冷性能易受环境老化及特殊环境条件影响，限制了其在极端环境中的应用。

Liu等人通过机器学习辅助的逆向设计方法，开发了一种兼具激光与红外隐身功能以及高效辐射制冷性能的超表面(图14f)。

鉴于峰值太阳辐照度可超过1000Wm⁻2，即便冷却系统仅吸收极少量的太阳能，也会显著降低辐射制冷的效能。

Lan等人开发了一种大面积通用辐射制冷二氧化硅气凝胶(UCSA)，用于抑制热传导、反射太阳能量，并在2.5–25μm波段发射热辐射。

该器件在5–8μm波段产生显著的辐射制冷功率，且随着温度升高，通过该波段的发射功率贡献显著增加，表明其在高温条件下具备红外隐身能力(图14i)。

辐射制冷材料与光子结构的研究日益聚焦于实际应用，尤其是对材料性能提出严苛要求的极端环境。