被动日间辐射冷却可以缓解全球变暖，但实际应用需要耐用且有弹性的材料。
2025年7月31日，台湾国立清华大学生物医学工程研究所萬德輝副教授团队在顶级期刊《ACS Nano》发表题为“Superdurable, Flexible Ceramic Nanofibers for Sustainable Passive Radiative Cooling” 的研究成果，国立清华大学生物医学工程研究所Dai-Chi Chen为论文第一作者。
在这里，通过静电纺丝制备了坚固的超疏水 ZrO2-Al2O3 纳米纤维 （sh-ZANF） 膜，然后进行无氟表面改性。光学工程 sh-ZANF 由于在众多光纤/空气界面处具有高折射率对比度 （nfiber= 2.04，nair= 1），因此获得了 97.7% 的极高太阳反射率。
sh-ZANF 还具有 95.6% 的高大气透明度窗口发射率，源自丰富的 Al-O/Zr-O 键的声子-极化激元共振，没有很强的 Reststrahlen 效应。最佳sh-ZANF膜在817 W/m2太阳辐照度下表现出6.6 °C的亚环境冷却和125 W/m2的最大冷却功率。sh-ZANF的覆盖范围使建筑模型、汽车模型和手持相机在阳光下分别冷却14.7 °C、16.8 °C和11.1 °C。据估计，为建筑物配备 sh-ZANF 每年可节省超过 10 MJ/m2，并减少高达 27% 的二氧化碳排放量。
此外，这些全陶瓷纳米纤维可以承受超过 1400 °C 的温度，在火灾紧急情况下保护建筑物及其居住者。我们的 sh-ZANF 还显示出有吸引力的自清洁特性，并成功通过了加速环境老化测试，表明其适用于未来的节能和可持续冷却策略。
主要内容：
作者首先介绍了用于可持续被动辐射冷却的sh-ZANF设计：
图1 通过可扩展静电纺丝技术和无氟疏水表面改性制造的具有显着性能（被动日间辐射冷却、超轻量、耐候性和防火）的 sh-ZANF 的示意图。
随后为了系统地阐明其光学行为，分别使用Mie理论和2D-FDTD计算对3种类型的陶瓷单纤维（ZANF、Al2O3和SiO2）及其堆叠纤维膜进行了理论研究：
图2 sh-ZANF光学特性的理论研究。
图3主要是对影响材料光学性质的变量进行了分析：
图3 sh-ZANF的微观结构和光谱特性，以实现最佳PDRC性能。
热稳定性和耐高温性对于 PDRC 材料至关重要，特别是对于建筑和航空航天领域的应用。然而，大多数报告的 PDRC 材料未能满足这些严格的要求。图4主要介绍了对材料的耐久性进行的相关测试表征：
图4sh-ZANF在建筑应用中的超高温耐受性。
为验证sh-ZANF在白天和夜间的冷却性能，采用自制设备在台湾新竹（120.99°E，24.79°N）进行户外野外测试：
图5 sh-ZANF的室外制冷性能。
耐候性对于用于长期户外应用的 PDRC 材料至关重要。因此，我们评估了各种环境（如污泥堆积、阳光伤害和酸雨腐蚀）对sh-ZANF冷却性能的影响：
图6 sh-ZANF 在长期户外应用中的耐用性。
总结讨论：
作者研究发现，超耐用的静电纺丝 sh-ZANF 膜克服了当前聚合物和陶瓷基材料的局限性，可在实际应用中实现可持续的被动冷却。理论和实验谱图清楚地表明，优化工程化的sh-ZANF具有优异的PRDC能力，实现了97.7%的太阳热和95.6%的εATW和113.4 W/m2的理论冷却能力。
此外，sh-ZANF在丁烷火焰下承受了创纪录的1407 °C温度，凸显了其在建筑外部覆盖物中的潜力。此外，它实现了白天6.6 °C和夜间4.6 °C的大幅降温，最大降温分别为125和112 W/m2。sh-ZANF覆盖的建筑模型、汽车模型和手持相机在阳光照射下均经历了14.7 °C、16.8 °C和11.1 °C的显著降温，相机的电池寿命因此延长了31%。
最后，各种极端环境测试证实了sh-ZANF强大的天气适应能力，表明其适合长期户外应用。综上所述，开发的sh-ZANF作为一种柔性、超轻、阻燃、耐候的散热器，适用于各种外部应用，通过高效冷却来缓解全球变暖
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原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05958
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