以被动辐射冷却为代表的零能耗降温技术是应对全球变暖和能源危机的有效途径之一。然而，传统高性能辐射冷却材料往往呈现刺眼的白色外观，不仅存在光污染风险，也限制了其在建筑美学和个性化热管理中的应用。近日，本实验室在彩色被动辐射冷却领域取得重要进展，提出了一种基于尺寸排阻辅助选择性渗透策略的“结构色日间辐射冷却（SCDRC）”片材。该研究以“Photonic Inverse Opal-Enabled Seamless Interface of Bilayer Structure for Color Regulation and Robust Passive Radiative Cooling”为题发表在《Advanced Materials》上。四川大学为论文唯一署名单位，我室2025级博士研究生魏佳滨为论文第一作者，宋飞教授为通讯作者。
【研究背景】
极端热浪频发加剧了对冷却技术的需求，而传统主动制冷（如空调）能耗高、碳排放量大。被动日间辐射冷却能够通过大气透明窗口（8–13 μm）向外太空散热，并反射太阳辐射（0.3–2.5 μm），实现无需外部能源的亚环境冷却。然而，高性能辐射冷却器通常呈白色，不仅影响视觉舒适性，也限制其在建筑外观和彩色化场景中的应用。彩色辐射冷却材料面临两难：单层光子结构反射带宽窄、光谱调控能力有限；多层结构则存在界面异质性问题，降低机械稳定性和冷却效率。因此，如何兼顾高冷却性能、机械强韧性和颜色可调性，是该领域的核心挑战。
【主要内容】
该工作提出一种基于尺寸排阻辅助选择性渗透策略的无缝界面双层结构设计，通过将聚甲基丙烯酸甲酯溶液灌注于SiO₂胶体晶体模板，同时利用微米级六方氮化硼（h‑BN）片因尺寸排除效应而自发堆积于模板上层，经刻蚀后形成上层反蛋白石光子结构（提供布拉格衍射主导的结构色）与下层h‑BN紧密堆积层（增强多重散射）的一体化片材。通过优化h‑BN片径（0.8 μm）、厚度（0.05 μm）及体积分数（25%），结合反蛋白石骨架与h‑BN层的协同光学作用，该结构色日间辐射冷却（SCDRC）片材实现了>96%的太阳光反射率与>94%的中红外发射率。改变SiO₂纳米球粒径（200–300 nm）可精确调控红、绿、蓝等结构色。户外实测表明，在约531 W/m²太阳辐照度下，SCDRC片材白天亚环境降温达5.28°C（峰值7°C），夜间仍保持约2.3°C降温效果。小木屋模型实验中，SCDRC屋顶室内温度较商用红瓦屋顶低5.65°C。EnergyPlus模拟显示，该片材在中国不同气候区年均降低冷却能耗约20.7%，并展现出优异的耐水性、抗紫外老化能力及结构耐久性。
图1. SCDRC片材的设计、制备与表征
图2. 日间辐射冷却性能及其应用
本研究为未来建筑和工业技术提供了一种设计范式，可用于开发兼具美学与能源效率、无界面且高性能的彩色辐射冷却材料。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202522922
