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近日，清华大学化工系张如范团队在 Coatings 发表了题为“A Perspective on Radiative Cooling Paints: Bridging the Gap Between Optical Optimization and Practical Application”的前瞻性展望论文，系统回顾了辐射制冷涂料的研究进展并提出该领域未来研究范式将从对极致制冷性能的追求向多功能、大规模的工程应用转变。本文的第一作者为博士生赵卓菁，通讯作者为张如范副教授。
研究背景
辐射制冷作为一种无需外部能源的被动冷却技术，通过大气透明窗口 (8~13 μm) 实现无能耗散热，在建筑节能、缓解城市热岛效应、车辆热管理、人体热管理等领域具有广阔应用前景。辐射制冷涂料是一种极具工程价值与应用潜力的材料。近十年来，辐射制冷涂料领域的研究目标正发生深刻转变：从最初追求接近理论极限的光学性能 (即接近于1的太阳反射率与大气窗口发射率)，逐步转向对更高制冷功率、更精细光谱设计、更长环境耐久性等实用化指标的综合考量。
研究主要内容
本文从材料设计与制备策略、多波段光谱工程、多功能技术融合、耐久性结构设计等多个维度，全面梳理了辐射制冷涂料的研究进展，并重点探讨了其在实际应用中面临的环境耐久性、规模化生产、多功能集成等核心挑战。同时系统阐述了辐射制冷涂料从光学性能优化到实际应用的关键挑战与解决方案，为推动该技术从实验室走向规模化应用提供了战略路线。
辐射制冷作为一种无需外部能源输入的被动冷却技术，通过大气透明窗口 (8~13 μm) 依靠红外热辐射与太阳、极寒深空进行热交换，实现高效热管理。辐射制冷涂料由于其极具大规模应用的潜力，受到了广泛关注，本文从光学设计、光谱设计、功能耦合、结构集成四个方面对辐射制冷涂料研究中存在的问题与挑战进行了全面梳理 (图1)。
图1. 辐射制冷涂料研究框架。
开发高性能辐射制冷涂料的核心在于同时实现高太阳反射率与高大气窗口发射率。通过光子结构设计与优化，许多辐射制冷涂料已经实现了接近理论极限的光学性能。文章系统梳理了多孔聚合物结构与随机粒子结构两大设计路径，并指出在保证高光学性能的同时，需要考虑平衡机械强度、耐久性与制备工艺的可扩展性。为适应多样化应用场景 (如建筑、汽车、光伏设备) 的光谱设计需求，辐射制冷涂料正从单一白色向彩色化、透明化、动态响应方向发展。通过对红外波段的光谱设计 (选择性发射、宽带发射与低发射)，辐射制冷涂料可实现有效的热通量调控，这进一步拓展其在城市热岛缓解、节能建筑等领域的应用潜力。单一辐射制冷机制在高温高湿环境下性能受限。为了进一步提升制冷功率，研究者们通过蒸发制冷、荧光材料、相变材料等技术与涂料的融合，实现全天候、全气候的高效热管理。实际户外应用要求涂料具备长期耐候性。单层涂层设计往往难以同时满足高冷却性能与严苛的环境耐久性要求。对涂层进行协同结构设计，例如多层结构和梯度分布结构，是提升涂层耐久性、界面附着力与光学稳定性的有效途径，为其大规模工程应用奠定了结构基础 (图2)。
图2. 辐射制冷涂料的结构设计策略。
研究总结
辐射制冷涂料已从实验室研发逐渐走向产业化应用，但其大规模使用与生产过程仍面临耐久性评价标准化、制造成本控制、多功能集成等挑战。未来研究应聚焦于智能响应材料、低碳生产工艺、跨学科系统集成等方向，推动辐射制冷涂料成为建筑、交通、能源等领域广泛应用的高效节能方案。
作者团队介绍
第一作者
赵卓菁
清华大学
赵卓菁，清华大学化工系2023级博士研究生，师从张如范副教授。研究方向为高性能辐射制冷涂料。迄今已在 Carbon Future、Coatings 等国际高水平期刊以第一作者或共同作者身份发表论文10余篇。
通讯作者
张如范 副教授
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张如范，清华大学化工系长聘副教授、特别研究员、博士生导师，国家高层次青年人才计划入选者，中国颗粒学会青年理事，中国化学会奖励推荐委员会委员，中国材料研究学会高级会员，中国微米纳米技术学会青年工作委员会委员，中国化工学会专业会员，中国能源学会专家委员会委员，Coating、Processes编委，SusMat、Carbon Future、Carbon Energy、Carbon Neutraliza-tion、Carbon and Hydrogen、Particuology、Clean Energy、Exploration青年编委。主要从事纳米碳材料以及光热调控纳米材料的可控制备与性能表征及应用等方面的研究，以第一/通讯作者身份在 Science、Nature Nanotechnology、Nature Sustainability 等国际知名期刊发表论文100余篇。主持军委科技委重点项目、军委科技委基础加强项目、国家自然科学基金委面上项目、中石化重点项目、石化联合会项目、中石油科技创新基金、鄂尔多斯实验室项目等项目十余项。申请发明专利20余项；撰写学术专著7部。曾获第五届美团青山科技奖、中国颗粒学会自然科学一等奖、中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖、中国石油和化学工业联合会“青年创新奖”、中国石油和化学工业联合会首届“彤程青年研发基金”、中国纺织工业联合会自然科学二等奖、中国化工学会“侯德榜化工科学技术青年奖”、中国化学会青年化学奖、《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”、中国新锐科技人物、中国材料研究学会“全国超材料优秀青年学者”、全球华人化工学会“未来化工学者”、美国工程化科学协会“杰出创新奖”、2019国际化学元素周期表年《中国青年化学家元素周期表》入选者、教育部自然科学一等奖、清华之友-刘述礼育才奖、瑞士乔诺法 (Chorafas) 青年研究奖等奖励。
原文出自 Coatings 期刊
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阅读英文原文
Zhao, Z.; Guo, Z.; Huang, Y.; Zhao, S.; Zang, Y.; Lan, F.; Liu, R.; Feng, L.; Tao, S.; Cai, Q.; et al. A Perspective on Radiative Cooling Paints: Bridging the Gap Between Optical Optimization and Practical Application. Coatings 2026, 16, 27.
Coatings 期刊介绍
主编：Dr. Emerson Coy, Adam Mickiewicz University in Poznań, Poland;
Prof. Dr. Wei Pan, Tsinghua University, China
期刊专注于发表涂层、表面、界面及薄-厚膜领域的研究成果。目前，期刊已被Scopus、ProQuest、SCIE (Web of Science)、Ei Compendex等数据库收录。
2024 Impact Factor
2.8
2024 CiteScore
5.4
Time to First Decision
13 Days
Acceptance to Publication
2.9 Days
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