【文章概述】

据报道，2020年，全球消耗高达3920亿千瓦时的电力来冷却商业和住宅建筑。由于城市化进程的加快，温室效应和城市热岛效应对城市中心造成非常严重的后果，因此亟须更可持续和更有效的新冷却技术。被动辐射冷却是一种用于夜间运行的无电冷却技术，因其被动性质和白天运行的潜力而重新受到关注。通过利用地球物体和外层空间之间辐射热流的平衡，它被认为是传统冷却技术的可持续替代方案。这种被动冷却能力代表了未来建筑围护结构材料的一个有吸引力的新候选者。由于设计的材料涉及的许多关键气相溶剂或微米级颗粒对人体有害，或对环境有害，使得该技术的发展受限制。

【成果简介】

纽约州立大学布法罗分校甘巧强教授团队报道了一种使用微糖模板通过可持续工艺制造的白色聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 海绵。该辐射制冷材料生产过程零污染，低成本。仅仅使用两种食品添加剂：聚二甲基硅氧烷（PDMS）和白砂糖，就可以制备出了多孔的PDMS海绵。而该工艺的副产品是可循环利用的糖水，实现了绿色无污染。经测试PDMS海绵材料具有强烈的红外辐射特性，良好的隔热特性和对阳光的强烈散射，该材料能够在白天实现4.6 °C的降温。这种辐射冷却和隔热性能的独特组合可以有效抑制与太阳能加热屋顶或环境的热交换，使得新型节能建筑围护材料的有广阔应用前景。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1 （a）住宅建筑集成的辐射冷却屋顶的示意图。

（b）多孔PDMS 海绵的制造过程示意图。

（c）所制备的多孔PDMS 海绵的照片。

（d）PDMS 海绵柔韧性的照片

图2（a） 模拟的太阳辐射光谱和大气辐射光谱。

（b）用红色激光 (650 nm) 照射时，白纸和多孔 PDMS 上的散射点照片。

（c）多孔 PDMS 在 500 nm 处的测量角度相关反射。

（d）多孔 PDMS（蓝色曲线）和原始 PDMS（红色曲线）的测量吸收光谱

图3（a）两种不同糖颗粒的照片（上）和显微镜图像（下）。

（b）四种不同多孔PDMS和原始PDMS在可见波长范围内的测量反射光谱。（c）具有不同孔隙分布的四种多孔PDMS样品的SEM 图像。

（d，e）从 (c) 中提取的孔径分布。

图4（a）暴露在纽约布法罗天空中的多孔PDMS薄膜的照片和红外图像。

（b）多孔PDMS和原始PDMS的连续室外温度测量以及测量的天气条件。

（c）从（b）中提取原始PDMS和多孔PDMS实现的温差。

（d）两个PDMS发射器在35°C 环境温度下的COMSOL建模结果。

（e）作为温差函数的原始PDMS和多孔PDMS的估计冷却能力。

图5（a）3 mm多孔 PDMS 海绵的透射率光谱和雾度的测试。

（b）PDMS 海绵的热导率测量值及其与先前文献报道的其他材料的比较。

（c）PDMS 海绵疏水性的照片。

（d） 三种不同房屋模型的照片和红外图像，屋顶由黑色沥青瓦、涂有白色油漆的沥青瓦和多孔PDMS 海绵制成。

（e）PDMS 海绵屋顶与商用黑色瓦屋顶和白色瓦屋顶进行户外辐射冷却和隔热特性测试的结果。

【奇材馆点评】

总之，作者为我们展示了一种用于有效白天辐射冷却的多孔PDMS海绵。这种材料是使用廉价的食品材料经过糖模板制造，完全避免危险化学品的使用。开发过程遵循绿色，可持续的原则。所获得的多孔PDMS能够在太阳直射下实现有效的白天辐射冷却。除此之外，还具有强大的机械强度和良好的隔热性，是节能建筑围护结构材料的理想选择，将有助于开发新型节能建筑围护结构材料，也可用于改进暖通空调系统。

【论文信息】

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