一、研究背景

在全球气候变化不断升级的情况下，被动辐射制冷是一种潜在的可持续热管理策略。维持舒适环境的能源消耗占总能源使用量的很大一部分，特别是在发达地区，它超过了累积消耗量的40%。在这些情况下，实现能量冷却需要更大的紧迫性。与空调等主动冷却方法相比，被动辐射冷却技术提供了一种潜在的可持续的替代方案。这种方法利用了将内部热量辐射到较冷的外部环境的能力，同时反射太阳辐射，所有这些都不需要外部能量输入，使冷却能够自我维持。

被动辐射冷却技术实际就是将波长范围约在0.3-2.5 μm的太阳光高反射回去，同时把自身热量通过波长为8-13 μm的大气透明窗口散逸到寒冷的外太空。然而，石油化工冷却材料由于对阳光的吸收，往往面临效率方面的挑战。生物质材料因其生态友好性、丰富的可用性和具有定制工程以提高可回收性的潜力而获得了大量的关注。而生物质本征光致发光材料受光致发光的影响，在VIS范围内（400-800nm）的反射率已经超过传统材料所表现出的优异性能。本文利用地物光谱仪对生物质本征光致发光材料进行了反射率检测。

图1 高辐射冷却效率的原理图

二、研究内容

1. 样品的制备

首先，作者展示了一种用于合成大规模、长程各向异性生物质气凝胶的焊接方法。由丰富的生物质原料——GE和DNA制成的基础分层气凝胶砖，通过双向冷冻干燥工艺制成。其中，GE-DNA气凝胶砖由含有0.04 g/mL GE和0.01 g/mL DNA的水凝胶制成，被命名为G4D1。这些砖可以沿分层方向进行水焊，从而形成以长距离有序结构为特征的膨胀气凝胶板（图2）。所得气凝胶板的密度低至0.06 g/cm³和压缩模量高达6.68 MPa。整个过程没有有毒试剂和能源密集型加热过程，使其对环境友好。该工艺为各向异性生物质气凝胶提供了可持续、可扩展和环保的合成途径。

图2 气凝胶板的制备示意图

2. 平台搭建

图3 检测装置示意图

3. 反射率测试

气凝胶在可见光范围内（400-800nm）的太阳加权反射率为104.0%，而在近红外区域（>800 nm）测量的反射率为97.1%（图4）。在测试过程中，我们进一步对气凝胶样品应用了一个450 nm的滤光片，以防止紫外光激发。在保持NIR几乎一致的同时，非激发样品的曲线在近红外区域的反射率要低得多，说明荧光有助于反射率增益（~8%）。同样，荧光强度相对较低的G4在可见光区域的反射率也较低。这些发现表明，光致发光确实在增强特定光谱波段内的太阳反射率方面发挥了关键作用。

图4 反射率光谱

三、结论

本文展示了一种天然光致发光生物质气凝胶，并利用OFS地物光谱仪对该气凝胶进行了反射率测试，结果发现天然光致发光生物质气凝胶在可见光区域实现了超过100%的反射率，允许在白天将热量辐射消散到寒冷的外层空间，从而带来了较大的辐射冷却效果。除此之外，此气凝胶完全由生物质原料制造，具有高可修复性、可回收性和生物降解性，在其使用寿命内不会对环境造成不利影响。这种可扩展的生物质冷却材料为未来的节能和可持续应用带来了希望，可以大幅减少碳排放和能源消耗。

四、文献来源

五、产品推荐