电子科大崔家喜&重大冯驰团队RSC: “负负得正”实现制冷涂层96%反射率

转自 RSC Materials Science

研究背景

利用被动日间辐射制冷技术实现零能耗降温，是应对全球变暖和城市热岛效应的重要策略。

然而，现有辐射制冷材料在追求高太阳光反射率的同时，几乎只能呈现单调的白色外观，难以满足建筑美学与色彩设计需求；同时，建筑涂料中最常用的二氧化钛 (TiO₂) 填料，因其在紫外区的强吸收，通常被高性能辐射制冷配方排除在外。

因此，如何在不牺牲制冷性能的前提下实现涂层彩色化，并重新激活 TiO₂ 这一廉价工业填料的应用潜力，成为该领域亟需解决的核心科学问题。

研究内容

针对上述挑战，研究团队提出了一种“负负得正”的创新策略。传统认知中，TiO₂ 的紫外吸收和辐射制冷材料的单一白色都是“负面因素”。本研究将两者耦合：利用紫外吸收型荧光填料吸收太阳光中的紫外部分，并转化为可见光发射。这一过程既避免了紫外吸收转化为热量，又为涂层赋予了颜色——两个“负面因素”叠加，反而产生了表观反射率提升的“正面效果”。

基于该策略，团队设计了一种双层结构涂层：顶层为含荧光填料的彩色层，吸收紫外并发出可见荧光；底层为 TiO₂ 基高反射层，反射残余太阳辐射。实验结果表明，蓝色辐射制冷涂层实现了高达 96% 的太阳光反射率，超过了白色 TiO₂ 对照涂层的 92%。户外实测中，彩色涂层相较环境温度最高降温 4℃，而白色对照仅为 2℃。

该策略具有优异的普适性。通过更换不同荧光填料，团队制备了红、橙、黄、绿、青、紫等全色系彩色辐射制冷涂层，覆盖 98.7% 的 sRGB 色域。各色涂层的太阳光反射率介于 89% 至 96% 之间，大气窗口 (8–13 μm) 发射率均保持在 89% 以上。

在实际应用层面，得益于 TiO₂ 的高折射率，涂层遮盖力显著优于 BaSO₄、MgSiO₃、CaCO₃ 等白色填料体系。1600 小时加速紫外老化测试后，涂层仍保持稳定的反射率和发射率。涂层粘接强度超过 1.9 MPa，兼具柔韧性与耐刮擦性，可应用于铝板、外墙及柔性芳纶纳米纤维织物等多种基材。全球多城市模拟计算表明，该涂层可实现年均 31.5 至 55.2 W m⁻² 的制冷功率，展现出显著的建筑节能潜力。

该成果以 “TiO₂-based colored radiative cooling coatings with high solar reflectivity”为题，发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry A #JMCA 上。

论文信息

• TiO₂-based colored radiative cooling coatings with high solar reflectivity

  Ziming Zhang, Ting Zhang, Jing Tu, Chi Feng*, Xinhong Xiong*, Yue He, Guifeng Xia, Biao Lu, Yue Lei, Xiyuan Liu, Hua Deng, Bo Chen, Numan Ahmed, Luzhi Zhang, Jiaxi Cui*

  J. Mater. Chem. A (2026) 14 (52): 35528–35537.
  

  https://doi.org/10.1039/d6ta02936a