当前，可持续日间辐射冷却（Daytime Radiative Cooling, DRC）材料因其能够兼具鲜艳的视觉效果和高效的冷却性能，在服装、医疗保健以及建筑等多个领域备受关注。这些应用领域对材料的性能提出了双重需求：一方面要求材料具备卓越的冷却效率，以满足实际使用中的降温需求；另一方面则强调材料的外观设计，以适应不同场景下的美学要求。然而，传统的日间辐射冷却材料大多呈现白色，这是为了通过最大化反射太阳光来提高冷却效率。但当使用染料等传统着色剂对这些材料进行颜色定制时，由于着色剂在太阳光波段的固有吸收特性，往往会显著降低材料的冷却性能。因此，如何在DRC材料中同时实现高冷却效率与鲜艳色彩，一直是该领域亟待解决的关键问题，也是当前研究的重点方向。
图1：分层DRC系统的设计及制备。
近日，四川大学卢灿辉教授与熊锐特聘研究员报道了一种新型的分层光子结构，该结构由光致发光散射体网络与纳米纤维素胆甾结构共同构建。这一创新设计有效突破了冷却效率与色彩表现之间的传统权衡困境，通过全天候色彩的协同作用，显著增强了冷却效果。该结构的核心材料为天然提取的纤维素纳米晶（Cellulose Nanocrystals, CNC），其具备以下多重优势：较强的中红外辐射能力、较低的太阳光吸收率、可再生性、良好的热稳定性以及高度有序的胆甾相结构。这种胆甾相结构能够选择性地反射可见光波长，从而产生鲜艳的结构色。此外，光致发光散射体网络具备长余辉发光（Long Persistent Luminescence, LPL）特性，能够有效提高材料的反射率，并将吸收的光能转化为光致发光，进一步提升冷却性能。这种协同的光子相互作用带来了显著的性能提升：高反射率（92%）、高中红外发射率（大于90%）、稳定且可调的结构色外观，以及长达数小时的余辉光致发光。在夏季强烈阳光照射下，该分层日间辐射冷却（Daytime Radiative Cooling, DRC）系统能够实现高达11.3℃的显著亚环境温度冷却，辐射冷却功率超过90 W/m²。同时，得益于LPL微粒/纳米纤维素（CNF）的良好加工性以及CNC的可调光子带隙特性，该分层DRC系统可通过简单的逐层打印技术生成各种不同的多色定制结构色图案和发光图案，以满足白天和夜间不同场景下的可视性需求。该分层光子结构设计通过协同利用紫外至中近红外光谱范围内的四种光学机制，实现了冷却效率与着色效果的显著提升。这四种机制包括：紫外区的吸收-发射转换、可见光区的选择性反射、可见光-近红外区的光散射，以及中近红外区的高效发射。这种综合设计策略不仅优化了材料的光学性能，还为其他日间辐射冷却（DRC）材料的研发提供了一种极具潜力的设计范例。
上述工作近期以“Hierarchical Nanocellulose Photonic Design for Synergistic Colored Radiative Cooling”为题发表在ACS NANO上。四川大学高分子研究所博士生周逸为第一作者，四川大学高分子材料工程国家重点实验室卢灿辉教授和熊锐特聘研究员为共同通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c00330?articleRef=control
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