近日，上海交通大学张江高等研究院未来材料创制中心周涵教授（材料科学与工程学院）以及上海交通大学范同祥教授、张荻院士在国际知名学术期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Flexible Photonic Radiative Cooling Films: Fundamentals, Fabrication and Applications” 的综述文章。在文章中，作者阐述了柔性光子辐射冷却薄膜的设计原则和制备方法，总结了辐射冷却薄膜在多个领域的广泛应用，并展望了光子辐射冷却技术在未来研究和应用方面的潜力。

辐射冷却技术是利用大气透射窗口，将地面物体的热量以红外光的方式辐射至外层空间，实现零能耗、零污染的被动冷却。然而传统材料难以同时调控两个不同尺度的太阳光谱和中红外光谱，因此，通过光子结构设计实现材料在太阳波段反射入射光子，并在红外波段发射红外光子，可以使材料实现高效的辐射冷却。作者在综述中介绍了辐射冷却过程中涉及的光子学和热力学基本原理，概述了光子结构设计的基本原则，概述了不同的柔性辐射冷却光子结构，并且讨论了相应的制备方法和应用。

    在第一部分中，作者主要介绍了辐射冷却过程中的热流平衡以及光子-物质相互作用原理。地面物体在辐射散热的同时会吸收日光能量，导致其辐射冷却性能的下降，因此物体需要兼具优异的反射日光和辐射热量的性能，这就要求物体具有较高的太阳波段（250~2500 nm）反射率和中红外（8~13 μm）辐射率。金属反射、多层介质膜反射、全反射和米散射效应可以使得物体可以反射日光，而分子振动、声子极化振动、电磁响应共振和渐变折射率界面可以最大化物体的热辐射效率。

图1 光子-物质相互作用原理

在第二部分中，作者分别概述了根据不同的光子-物质作用原理设计的光子结构，涵盖了白色、彩色和透明三种薄膜。在白色薄膜的光子结构设计中，作者总结了3D随机结构，纤维基光子结构，有序阵列结构和仿生光子结构。在薄膜的彩色化设计中，作者介绍了结构色对于高效辐射冷却的重要性，并且概述了结构色的产生原理。在透明薄膜设计中，作者总结了两条原则，即选择折射率与基底相匹配的材料，或设计特征尺寸与可见光波长不同的光子结构。此外，作者还介绍了辐射冷却薄膜的多功能集成化发展，包括导热、隔热、可变发射率/反射率，自供电等功能。

图2 柔性辐射冷却薄膜的光子结构设计

在第三部分中，作者介绍了五种柔性辐射冷却薄膜的制备方法，包括纺丝法、涂布法、微纳加工法、自组装法和3D打印法。作者概述了不同制备方法的特点，微纳加工和自组装法可用来制备精确的周期性结构，从而对入射光和热辐射进行选择性调节。而纺丝、涂层和3D打印法有利于获得多尺度随机散射结构，在宽光谱调节方面具有巨大潜力。此外，作者强调了这些方法在卷对卷工艺中的巨大应用潜力，从而实现高效经济的薄膜规模制备。

图3 柔性辐射冷却薄膜的制备方法

在第四部分中，作者概述了柔性辐射冷却薄膜零能耗、轻便性和可定制性等优点，并且总结了辐射冷却薄膜在节能环保、水资源收集、光伏电池、个人热管理等领域的广泛应用。作者同样关注了柔性辐射冷却技术现阶段面临的挑战，并且提出了可能的解决方案，展望了辐射冷却技术未来的发展方向。

图4 柔性辐射冷却薄膜的应用

上海交通大学材料科学与工程学院硕士研究生谢威为该论文第一作者，上海交通大学周涵教授、范同祥教授、张荻院士为该论文共同通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金项目和上海市科技发展基金的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202305734