木材、混凝土等傳統(tǒng)建筑材料無法有效調(diào)節(jié)建筑物的熱通量?；趬嚎s機(jī)的冷卻系統(tǒng)用于為人類提供舒適的內(nèi)部環(huán)境，極大增加了全球能源消耗。最近研究證明，被動日間輻射冷卻可以通過大氣透明窗口有效地將熱能輻射到寒冷的外太空，同時(shí)極大反射太陽光照，此技術(shù)已經(jīng)獲得了低于環(huán)境溫度的冷卻效果。此研究中，美國東北大學(xué)鄭義教授課題組展示了一種高性能日間輻射冷卻材料，該材料通過液壓壓制三聚氰胺甲醛 (MF) 顆粒并將其加熱交聯(lián)成為光子冷卻體，作為有效的太陽能反射器和紅外熱發(fā)射器。在陽光直射 (750 W m-2) 下，能夠達(dá)到低于環(huán)境3.6 °C 的冷卻效果，比作為對照組的混凝土和木材分別低 12 °C 和 5 °C。液壓法和加熱交聯(lián)的兩步制造方法簡單，可以很容易地?cái)U(kuò)大規(guī)模用于工業(yè)制造。制備的三聚氰胺甲醛冷卻材料顯示出非常理想的阻燃性能，并且具有自熄性，使其成為安全的建筑材料。該材料經(jīng)久耐用，并且在惡劣環(huán)境中（例如長時(shí)間暴露在酸性和堿性溶液中）具有良好的光譜穩(wěn)定性。該工作發(fā)表在 Applied Materials Today。
圖 1. (a) 具有高太陽反射率和紅外熱輻射率的物體的被動輻射冷卻機(jī)制示意圖。(b) 兩種理想場景的光譜反射率：場景 1（黑線）的高熱輻射率在超過 5.0 um的波長范圍內(nèi) 和場景 2（紅線）的熱輻射正好在大氣透明窗口波長區(qū)域。這兩種情況在太陽波長上都具有高的太陽反射率。(c) MF 冷卻體的制造工藝包括 MF 粉末的冷壓和在 170°C 下加熱交聯(lián)1 小時(shí)。(d) MF的高太陽反射率和熱發(fā)射率機(jī)制的示意圖。太陽光散射來自MF冷卻體表面上的微米微粒。熱輻射源自 MF 中化學(xué)基團(tuán)的分子振動。(e) MF 冷卻體的光譜反射率與 AM 1.5 太陽光譜（ASTM G173）、30°C 黑體熱輻射光譜。(f) MF 冷卻體在各種入射角 (AOI) 上的總太陽反射率和熱輻射率有助于提高半球太陽光反射率和熱輻射率。地球通過太陽的熱輻射變暖，同時(shí)通過向外太空輻射熱量來冷卻。大氣對 8 um 至 13 um 的熱紅外輻射高度透明，這與 30°C 黑體的擴(kuò)散區(qū)域重合。主要的大氣窗口為地球上的物體向宇宙散熱打開了一扇門，并提供了在不消耗任何能源的情況下被動冷卻物體的機(jī)會。如果一個(gè)物體具有很高的的太陽反射率以抑制太陽輻射加熱和接近于一的熱輻射以改善散熱，那么它會比沒有這種光譜選擇性的其他物體溫度更低（圖 1（a））。具有光譜選擇性反射光譜的兩種不同的理想化場景如圖 1（b）所示。對于場景 1（理想的發(fā)射器 1，黑線），大于4.5 um的波段發(fā)射率是一，其他波段為零，而對于場景 2（理想的發(fā)射器 2，紅線），發(fā)射率剛好在大氣透明窗口的波段為一。理想發(fā)射器 1 非常適合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度的冷卻效果，而對于理想發(fā)射器 2，來自環(huán)境的熱輻射抵消了部分通過透明的大氣窗口輻射獲得的冷卻功率。雖然理想發(fā)射器 1 的光譜輪廓是 PDRC 材料的最終目標(biāo)，但很難用可行的方法和豐富的材料來設(shè)計(jì)和制造這種光子結(jié)構(gòu)。理想的發(fā)射器 2 是實(shí)現(xiàn)日間輻射冷卻的有前途的方案。因此，我們使用 MF 微粒設(shè)計(jì)并加工了一種光譜選擇性發(fā)射器，其反射率與理想發(fā)射器 2 相似。MF 最初用作木材粘合劑，年產(chǎn)量大。MF 粉末可以通過簡單的自下而上合成堅(jiān)硬的固體，方法是在 5 MPa 下進(jìn)行冷壓，然后在 170 °C 下加熱交聯(lián)1 小時(shí)（圖 1（c））以形成MF 冷卻體。由于這些微粒的光散射，原始的微小 MF 顆粒合并成較大的微粒并在太陽區(qū)域形成漫射高反的白色表面（圖 1（d））。由于其聚合物鏈的分子振動，MF 冷卻體也具有很強(qiáng)的發(fā)射性（圖 1（d））。如圖 1（e）所示，測量得到的 MF 冷卻體的反射光譜證明了這一點(diǎn)，總太陽能反射率為 0.94，熱輻射率為 0.95。這種出色的光譜選擇性確保了其白天的輻射冷卻性能。陽光的入射角根據(jù)一天中的不同時(shí)間和不同季節(jié)或地點(diǎn)而變化。這要求 PDRC 材料具有在高入射角度下具有高太陽反射率的漫射表面。此外，PDRC 材料對所有角度的高熱發(fā)射率確保它可以將熱量輻射到天空的所有角度。圖 1（f）表明，即使在大入射角度（60°）下，MF 冷卻體也具有高太陽反射率和熱發(fā)射率。這種與角度無關(guān)的光學(xué)分布?xì)w因于隨機(jī)排列的 MF 微粒（圖 1（d））。粗糙的多孔表面在太陽波長中產(chǎn)生漫射的“白色”外觀，在大氣窗口中產(chǎn)生漫射的“黑色”外觀。此外，MF冷卻體的漫射表面減少了鏡面光反射對人眼的不健康視覺影響，使其適用于建筑實(shí)施。
圖2：MF 冷卻體、木材、混凝土和環(huán)境的溫度變化。如圖2所示，MF冷卻體，木材和混凝土這三個(gè)樣品的溫度變化。結(jié)果表明，在測試過程中，木材和混凝土在陽光直射下的溫度均高于環(huán)境溫度，而MF冷卻體的溫度低于環(huán)境溫度。盡管直接暴露在太陽輻射下，MF 冷卻體仍保持比環(huán)境空氣低 2.5°C的溫差。在 750 W m-2 的太陽輻射下，MF 冷卻體與環(huán)境之間的最大溫差為 3.6 °C.圖3：MF冷卻體的阻燃性能評估顯示其具有出色的自熄功能，而木材和聚苯乙烯 (PS) 泡沫這兩種常見的建筑材料很容易被燒毀。建筑材料的阻燃性對人身安全具有重要意義。我們測試了 MF 冷卻體的阻燃性，并將其與木材和 PS 進(jìn)行比較，因?yàn)楹髢烧呤浅Ｒ姷慕ㄖ牧稀＿@三種不同材料的燃燒過程在用火焰溫度為 1430 °C 的噴燈點(diǎn)燃 3 秒后記錄（圖 3）。木材和 PS 泡沫在 15 秒內(nèi)燃燒成灰燼，而 MF 冷卻體在第 15 秒熄滅。這證實(shí)了 MF 冷卻體是自熄的，并且可以安全地用作建筑物外墻，即使它是一種聚合物材料。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940721001682
