近日，本课题组的研究论文《高性能辐射冷却防晒霜（A High-Performance Radiative Cooling Sunscreen）》被Nano Letters接收。论文第一作者为清华大学化工系徐佳琪，通讯作者为清华大学化工系张如范副教授。
随着全球气候变化，极端炎热的天气越来越频繁。传统的防晒霜虽然可以保护皮肤免受紫外线的伤害，但在阳光强烈的夏季，它们无法有效减少皮肤的温度上升。为了应对这一问题，我们开发了一种具有高效辐射冷却性能的防晒霜。该防晒霜不仅能显著降低皮肤温度，还能有效地阻挡紫外线辐射。通过调整防晒霜在紫外光、可见光、近红外光和中红外光波段的透射、反射和发射特性，这种辐射冷却防晒霜（RC防晒霜）实现了高达90.19%的太阳光反射率和92.09%的中红外发射率，能够有效地将热量散发至外太空。
在本研究中，我们根据米氏散射理论设计了具有高辐射冷却效果的防晒霜。RC防晒霜在紫外（UV）、可见光（VIS）、近红外（NIR）及中红外（MIR）波段的透射、反射和发射特性进行了优化，模拟结果表明，RC防晒霜具有良好的紫外屏蔽能力和高效的冷却性能，有助于减少皮肤的热吸收。
图1. 防晒霜概念设计与冷却性能模拟
通过将二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒均匀分散于聚合物基质中，RC防晒霜实现了90.19%的太阳反射率和92.09%的MIR发射率。扫描电子显微镜（SEM）显示，TiO₂纳米颗粒在防晒霜中的均匀分布有助于增强太阳光的反射效果，从而提升了防晒霜的冷却性能。
图2. RC防晒霜的表征与材料分析
为验证RC防晒霜的实际冷却效果，我们在北京和海口的不同气候条件下进行了户外测试。结果表明，在干热的北京和潮湿的海口环境中，RC防晒霜覆盖区域的温度比裸露皮肤低4.2至6.1℃，比常规有机和无机防晒霜覆盖区域分别低2.5至6.1℃，展示了其在多种环境中的显著冷却效果。
图3. 不同户外环境中的冷却性能测试
RC防晒霜在UV稳定性、水抗性和经济性方面也表现出优异性能。RC防晒霜的SPF值高达51，远高于市场上部分防晒霜。此外，其对紫外线的屏蔽效果在持续12小时的UV辐射下几乎不变，具备良好的紫外稳定性和适应性。这种防晒霜不仅具备卓越的冷却效果，且制备成本较低，具有广泛的商业应用前景。
图4. RC防晒霜的综合性能测试
我们还测试了在小鼠皮肤上的保护效果。实验表明，RC防晒霜能够显著减少紫外线对皮肤的伤害，展示出良好的生物相容性和皮肤保护效果。
图5. RC防晒霜的生物相容性测试
该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。Nano Letters 是美国化学会旗下的顶级期刊，专注于纳米材料领域的前沿研究成果。
