第一作者：蔡晨阳
通讯作者：南京林业大学材料科学与工程学院
通讯单位：蔡晨阳，付宇
论文DOI：10.1002/adfm.202405903
成果简介
这篇论文展示了一种新型纤维素光学超材料（COM），其通过球磨技术在微纳米层面进行结构重构，实现了高效的白天辐射冷却。通过细调机械化学过程中的剪切动力学，成功制备了具有约98%太阳反射率和约0.97红外发射率的COM，超越了传统光子晶体和常规合成光学材料的理论值。户外测试表明，基于COM的涂层在南京的高温下表现出5.7℃的白天辐射冷却效率。此外，COM可以通过喷涂、冷冻铸造和溶液铸造技术生产成不同的散射材料，这项研究推动了可扩展和可持续光学超材料的发展，以缓解能源消耗。
背景介绍
光学超材料在红外发射调节领域具有重要意义，可应用于太阳能收集、红外伪装、辐射冷却等领域。理想的辐射冷却材料需在太阳光谱（0.3-2.5微米）内具有高反射率，同时在红外区域（8-13微米）具有超高发射率，达到“可见光白色但红外黑色”的效果。尽管目前已有一些光学材料，如TiO2、PVDF和BaSO4纳米粒子展示了有效的阳光散射和红外发射性能，但其生物相容性和复杂的制备过程限制了其应用。纤维素由于其可调节的形态、优异的机械性能、可再生性和生物相容性，在光学调节领域展现了巨大潜力。然而，大量研究集中于优化纤维素材料的透明度，对其作为高效散射介质的可能性探索较少。本研究首次通过球磨过程中对纤维素表面结构的重构，开发出可见光“白色”但红外“黑色”的纤维素光学超材料，展示了其在太阳光反射和红外辐射方面的优越性能。
纤维素基超材料的制备及其机理研究
结果展望
文章总结了通过高能球磨工艺开发的纤维素光学超材料（COM）的优异性能和广泛应用潜力。研究表明，COM具有极高的太阳反射率和红外发射率，在白天辐射冷却中表现出色，能有效降低表面温度。COM基涂层可以应用于多种基材，通过简单的喷涂、浸涂或喷洒技术实现大规模生产。研究还通过模拟和实地测试验证了COM的冷却效果，表明其在节能降温方面具有巨大的应用前景。