冷卻建筑物，車(chē)輛和數(shù)據(jù)中心等地面物體是我們今天面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。冷卻通常需要大量能源，因?yàn)榛趬嚎s器的冷卻器會(huì)消耗大量電能。使用太陽(yáng)光反射和熱輻射表面是一種在陽(yáng)光下冷卻物體的可持續(xù)方式。但是，這些白色或銀色的表面不能滿(mǎn)足人們對(duì)顏色的需求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們對(duì)彩色輻射冷卻器（CRC）進(jìn)行研究。CRC可以選擇性吸收可見(jiàn)光譜的一部分以顯示所需的顏色，而其他太陽(yáng)波長(zhǎng)，特別是近至短波長(zhǎng)紅外被反射。但現(xiàn)有CRC的性能或使用范圍都受到限制。因此，以高度可擴(kuò)展的方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)彩色和輻射冷卻性能仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
近日，哥倫比亞大學(xué)楊遠(yuǎn)、虞南方在《Science Advance》上介紹了一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)彩色和輻射冷卻的雙層涂層。該雙層涂層包括陽(yáng)光散射非吸收性底層和可見(jiàn)光吸收性頂層。頂層吸收適當(dāng)?shù)目梢?jiàn)波長(zhǎng)以顯示特定的顏色，而底層則使近短波長(zhǎng)紅外（NSWIR）光的反射最大化，以減少太陽(yáng)輻射。因此，該雙層涂層在強(qiáng)烈陽(yáng)光照射下的溫度比相同顏色的商用單層涂層低3.0°至15.6°C，并且可以獲得更高的NSWIR反射率（0.1到0.51）。這些性能表明，雙層涂層設(shè)計(jì)可以以簡(jiǎn)單，廉價(jià)和可擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)彩色和有效的輻射冷卻。
雙層涂層具有較厚的陽(yáng)光散射非吸收性底層和較薄的著色頂層。由于頂層很薄（圖2D）并且著色劑對(duì)NSWIR光的散射較弱，在NSWIR波長(zhǎng)的光會(huì)透射，沿短的光路進(jìn)入底層而不會(huì)被大量吸收。進(jìn)入陽(yáng)光散射非吸收性底層后，NSWIR光線會(huì)強(qiáng)烈地反向散射到頂層，幾乎不受阻礙地返回自由空間，從而產(chǎn)生較高的RNSWIR。此外，薄頂層具有與目標(biāo)色的常規(guī)單層相同的著色劑濃度和組成。盡管比單層涂層要薄得多，但它仍然具有足夠的厚度，以確保與目標(biāo)色互補(bǔ)的可見(jiàn)光被強(qiáng)烈吸收，而其他波長(zhǎng)則被其自身或陽(yáng)光散射底層反射。
文章研究了兩種類(lèi)型的陽(yáng)光散射底層。一種是厚度為500μm具有約50％多孔P（VdF-HFP）的厚層，其中包含相互連接的微孔和納米孔（圖3A），從而導(dǎo)致了陽(yáng)光的高效反向散射。另一種是商業(yè)輻射冷卻標(biāo)準(zhǔn)的250μm無(wú)孔TiO2基白色涂層。與商用單層涂層相比，這兩種雙層設(shè)計(jì)顯示出幾乎相同的顏色，但RNSWIR值明顯更高。如圖3（C至F）所示，每種顏色單層和雙層的可見(jiàn)光譜趨勢(shì)緊密匹配，從而導(dǎo)致相似的CIE x和y色度值和較小的亮度差異（圖3B）。然而，在NSWIR中，基于多孔P（VdF-HFP）的雙層比基于TiO2的雙層的反射率更高。
通過(guò)將圖3中的雙層和單層樣品（C到F）暴露在直射陽(yáng)光下（圖4，A和B）可以證明雙層方法實(shí)現(xiàn)的RNSWIR增強(qiáng)可帶來(lái)更好的日間冷卻性能。在極端情況下（黑色樣品），由于RNSWIR的對(duì)比度較大，在約1025?W m-2?的陽(yáng)光輻射下，多孔P（VdF-HFP）和TiO2基雙層比單層的溫度低15.6°C和13.2°C（圖4C）。
這些結(jié)果表明，雙層涂層設(shè)計(jì)，特別是基于多孔P（VdF-HFP）的設(shè)計(jì)，可以降低建筑物，汽車(chē)和其他地面物體的溫度和空調(diào)成本。從實(shí)用的角度來(lái)看，該雙層涂層可以通過(guò)簡(jiǎn)單的制造過(guò)程滿(mǎn)足冷卻性能，同時(shí)滿(mǎn)足色彩的審美要求。
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