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精密可靠豐富開放
圖2. 制冷陶瓷的結構設計和優化。(a) 不同無機介電材料中空氣孔的散射效率，孔徑為1000 nm。(b) MgO的紅外光學常數。(c) 理想MgO材料的紅外反射率。(d) 梯度納米多孔陶瓷的照片。(e) 梯度納米多孔MgO陶瓷示意圖。陶瓷內部的納米孔在太陽光波段（0.3~8 μm）提供強烈的散射反射。MgO的聲子吸收在8~13 μm波段提供強紅外發射。陶瓷的致密表面在13~25 μm范圍內生成強烈的Reststrahlen反射。(f) 不同孔徑在0.25~8 μm波長范圍內的空氣孔在MgO介質中的單孔散射效率模擬。MgO的折射率由前人研究提供。(g) 孔徑和孔隙率對制冷陶瓷太陽反射率（Rsolar）和長波紅外窗口發射率（εMIR）的影響。在白色高亮區域內，陶瓷同時表現出高反射率和高發射率特性。(h) 孔隙率對制冷陶瓷Reststrahlen帶的影響。隨著孔隙率的增加，Reststrahlen帶的強度降低。
③ 光學性能與制冷能力測試：通過室外測試，驗證了材料在不同氣候條件下的制冷效果。測試結果表明，該材料在濕熱環境中表現出顯著的日間和夜間降溫效果。進一步的能源模擬表明，材料在高溫高濕環境下每平方米可節省9.48 MJ的制冷能耗。
圖3. 制冷陶瓷的結構特性和光譜性能。(a) 壓力無燒結工藝獲得的陶瓷截面顯微圖，展示了致密的表面和多孔的內部結構。(b) 不同工藝參數下陶瓷的內部孔隙率和孔徑。紅色陰影區域內的陶瓷顯示5%~15%的孔隙率和100~1000 nm的孔徑，與理論設計一致。(c) 不同工藝參數下陶瓷和已報道高性能SRCM的光譜性能。(d) 通過CT測得的從表面到內部的孔隙率變化?？紫堵孰S深度梯度增加并在約50 μm處達到穩定狀態。餅狀圖展示了陶瓷內部不同尺寸孔的數量分布。(e) 制冷陶瓷表面（頂部）和內部（底部）的SEM圖像和反向極性圖（EBSD-IPF Z0），未見顯著顏色優勢表明不存在主要紋理。(f) 制冷陶瓷內部孔徑的尺寸分布。(g) 制冷陶瓷的光譜反射率和發射率，與太陽光譜和熱帶大氣傳輸對比。(h) 制冷陶瓷的太陽反射率Rsolar(θ)和長波紅外發射率εLWIR(θ)隨入射角的變化。
圖4. 制冷陶瓷的室外輻射制冷測試。(a) 輻射制冷測試系統。(b) 用于測量輻射制冷溫度和制冷功率的泡沫盒示意圖。(c-e) 2024年3月11日11:00至14:00的室外測量結果。(f-h) 2024年3月12日1:00至4:00的室外測量結果。(c)(f) 相對濕度（RH）和風速。(d)(g) 室外測量的制冷陶瓷和環境溫度。(e)(h) 制冷陶瓷與環境的溫差及制冷功率。
④ 耐久性與清潔能力評估：該陶瓷表現出優異的耐久性，抗紫外線和酸蝕能力強，適合長期戶外使用。其表面高密度結構使其具備良好的自清潔特性，雨水沖刷后能恢復其制冷性能，有助于降低維護成本。
圖5. 制冷陶瓷的制冷潛力與自清潔能力。(a) 最近報道的高性能輻射制冷材料與本研究中制冷陶瓷的制冷潛力。太陽反射率（Rsolar）和長波紅外發射率（εLWIR）通常表示制冷功率，而光譜選擇性用于評估制冷溫度和全天輻射制冷能力。(b) 制冷陶瓷在白天和夜晚的空間制冷機制。黃色箭頭表示反射的陽光，藍色箭頭表示通過長波紅外窗口的熱輻射，紅色箭頭表示來自大氣和周圍環境的輻射反射。(c) 白天和夜間已報道SRCM和制冷陶瓷的最大降溫溫度（Tmax）和最大制冷功率（Pmax）。(d) 實施制冷陶瓷前后，不同氣候區大型辦公樓年度總供暖、通風和空調（HVAC）能耗變化。(e) 液滴的接觸角。(f) 受墨水污染的制冷陶瓷的自清潔能力。
小結：該研究開發的梯度納米多孔MgO輻射制冷陶瓷，結合了結構散射、聲子吸收和Reststrahlen效應，實現了太陽反射率0.96和紅外發射率0.95的高光譜選擇性。其制冷能力在濕熱環境中表現突出，且具備優異的機械性能和環境耐受性。此外，該材料的簡單制造工藝和自清潔能力使其具備大規模應用于建筑降溫的潛力，為解決當前的能源危機和緩解溫室效應提供了可能的路徑。
論文信息：Wang X, Liu D, Wan Z, et al. A gradient nanoporous radiative cooling ceramic with high spectral selectivity[J]. Chemical Engineering Journal, 2024: 157344.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157344
