近年来，随着全球变暖、工业发展和人口增长，全球制冷能源消耗持续增加，特别是极端炎热地区。然而，通风、空调等传统制冷策略是通过压缩空气实现的。这种策略会大量使用化石燃料产生的电力，进一步加剧气候变暖。据估计，制冷消耗了全球15%的电力，并产生10%的温室气体排放。因此，开发高效环保的制冷策略以降低能源成本、温室气体排放和相关热量问题成为未来几十年的迫切需求。
图1. 从材料选择和结构设计到多功能集成化应用
辐射制冷是一种被动式冷却策略，具有零能耗和零环境污染的特点。基于地球（300 K）和外太空（2.7 K）之间的巨大温差，通过热辐射将多余的热量传递到外太空，实现了无处不在的辐射冷却过程，且无需消耗任何能源。由于这个过程是被动和可再生的，使其在节能建筑、个人热管理等领域取得显著进步。与夜间的较低温度相比，对白天冷却的需求更为迫切。实现被动式日间辐射制冷更具挑战性，因为太阳直接辐射会大大抵消冷却功率。2014年，Fan等人首次报道了多层光子晶体用于白天辐射冷却。从那时起，研究人员开发了各种材料或结构，如光子晶体、分层结构和介电聚合物复合材料，以反射太阳辐射并发射热辐射，实现较高的日间冷却性能。
本文从基本原理、设计原则、材料选择和结构设计、多功能集成及其应用等方面系统综述了被动日间辐射制冷器件的最新进展。首先，详细介绍了辐射制冷的基本原理和设计原则，揭示了影响辐射制冷性能的关键因素，强调了太阳反射率和中红外发射率的关键作用。随后，基于材料选择和结构设计，我们回顾了光子结构和分层结构两种结构设计，以实现高效的白天辐射制冷。此外，还总结了被动日间辐射制冷与多功能（如颜色、动态可调和透明）的集成。然后，讨论了节能建筑、个人热管理、电子设备冷却、能量收集和集水方面的潜在商业应用。最后，展望了日间被动辐射制冷的持续挑战、未来机遇和发展趋势。
图3. 基于太阳反射和中红外发射的固有材料特性和结构的被动日渐辐射制冷器件设计策略总结日间被动辐射制冷器件或热辐射调控器件还存在很大的发展空间，包括解决器件光谱响应性能-结构-制备之间的制约关系等。日间被动辐射制冷器件作为一种新型的热管理产品，在智能热管理领域具有巨大的潜力。尽管在各个方面取得了一些令人振奋的进展，但仍存在许多挑战。相信，在不同领域研究人员的不断努力下，日间被动辐射制冷器件的设计、功能和性能将得到进一步提升，从而推动辐射制冷的发展走向光明的未来。相关研究成果以“Advanced passive daytime radiative cooling: from material selection and structural design to application towards multifunctional integration”为题发表于《Advanced Composites and Hybrid Materials》上（DOI: 10.1007/s42114-024-01127-7）。该研究得到国家自然科学基金委的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1007/s42114-024-01127-7
相关进展
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