清華大學張如范團隊Coatings展望：輻射制冷涂料研究范式從光學優化邁向工程應用

近日，清華大學化工系張如范團隊在Coatings發表了題為《A Perspective on Radiative Cooling Paints: Bridging the Gap Between Optical Optimization and Practical Application》的前瞻性展望論文。第一作者為博士生趙卓菁，通訊作者為張如范副教授。

輻射制冷作為一種無需外部能源的被動冷卻技術，通過大氣透明窗口（8–13 μm）實現無能耗散熱，在建筑節能、緩解城市熱島效應、熱管理等領域具有廣闊應用前景。輻射制冷涂料是一種極具工程價值與應用潛力的材料。近十年來，輻射制冷涂料領域的研究目標正發生深刻轉變：從最初追求接近理論極限的光學性能（即接近于1的太陽反射率與大氣窗口發射率），逐步轉向對更高制冷功率、更精細光譜設計、更長環境耐久性等實用化指標的綜合考量。本文從材料設計與制備策略、多波段光譜工程、互補技術融合、耐久性結構設計等多個維度，全面梳理了輻射制冷涂料的研究進展，并重點探討了其在實際應用中面臨的環境耐久性、規模化生產、多功能集成等核心問題（圖1）。同時系統闡述了輻射制冷涂料從光學性能優化到實際應用的關鍵挑戰與解決方案，為推動該技術從實驗室走向規模化應用提供了戰略路線。

開發高性能輻射制冷涂料的核心在于同時實現高太陽反射率與高大氣窗口發射率。通過光子結構設計與優化，許多輻射制冷涂料已經實現了接近理論極限的光學性能。文章系統梳理了多孔聚合物結構與隨機粒子結構兩大設計路徑，并指出在保證高光學性能的同時，需要考慮平衡機械強度、耐久性與制備工藝的可擴展性。為適應多樣化應用場景（如建筑、汽車、光伏設備），輻射制冷涂料正從單一白色高反射向彩色化、透明化、動態響應方向發展。通過紅外波段的選擇性發射、寬帶發射與低發射率設計，輻射制冷涂料可實現熱通量調控，進一步拓展其在城市熱島緩解、節能建筑等領域的應用潛力。單一輻射制冷機制在高溫高濕環境下性能受限。為了進一步提升制冷功率，研究者們通過蒸發制冷、熒光材料、相變材料等技術與涂料的融合，實現全天候、全氣候的高效熱管理。實際戶外應用要求涂料具備長期耐候性。單層涂層設計往往難以同時滿足高冷卻性能與嚴苛的環境耐久性要求。對涂層進行協同結構設計，例如多層結構和梯度分布結構被證明是提升涂層耐久性、界面附著力與光學穩定性的有效途徑，為其大規模工程應用奠定了結構基礎（圖2）。

輻射制冷涂料已從實驗室走向產業化前沿，但其全面推廣仍面臨耐久性評價標準化、制造成本控制、多功能集成等挑戰。未來研究應聚焦于智能響應材料、低碳生產工藝、跨學科系統集成等方向，推動輻射制冷涂料成為建筑、交通、能源等領域廣泛應用的高效節能方案。

圖1. 輻射制冷涂料研究框架。

圖2. 輻射制冷涂料的結構設計策略。

第一作者：趙卓菁

通訊作者：張如范副教授

文章信息：Zhuojing Zhao, Zhenyu Guo, Ya Huang, Siming Zhao, Yonglu Zang, Fan Lan, Ruina Liu, Linan Feng, Shuang Tao, Qixuan Cai, Mengxin Lei, Rufan Zhang*, A Perspective on Radiative Cooling Paints: Bridging the Gap Between Optical Optimization and Practical Application, Coatings 2026, 16, 27.

DOI: https://doi.org/10.3390/coatings16010027.

論文鏈接:https://www.mdpi.com/2079-6412/16/1/27