多功能二氧化硅气凝胶复合涂料的开发：兼具自清洁与辐射制冷性能的建筑节能新材料

为解决建筑制冷能耗高和表面污染问题，研究人员开发了一种掺杂介孔二氧化硅气凝胶（SA）的多功能复合涂料。该涂料通过增强可见光-近红外反射率（ρVIS-NIR 达15%）和长波红外发射率（εLWIR ≈0.96），实现了7.4°C的日间亚环境辐射制冷效果，同时降低50%热导率并赋予表面疏水自清洁特性，为热带地区建筑节能提供了创新解决方案。

　　

在全球变暖和城市化加速的背景下，建筑制冷能耗已占全球电力消耗的15%，热带地区尤为严峻。传统空调系统不仅加剧能源危机，其热排放还进一步恶化城市热岛效应。尽管白色反射涂料能部分缓解这一问题，但普遍存在热阻不足、易污染失效等缺陷。如何通过材料创新实现"零能耗"建筑降温，同时抵御沙尘、潮湿等恶劣环境，成为可持续城市发展的关键挑战。

Khalifa University的研究团队在《Journal of Materiomics》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案——将介孔二氧化硅气凝胶（Silica Aerogel, SA）融入建筑涂料。通过系统研究证实，这种SA复合涂料不仅能将太阳光反射率提升15%，维持0.96的长波红外发射率，还创造出7.4°C的日间亚环境制冷效果。更突破性的是，材料在经历18个月极端环境考验后仍保持性能稳定，同时具备疏水自清洁和优异热阻特性，为建筑节能领域树立了新标杆。

研究采用光谱分析（0.25-20μm波长范围）、热导率瞬态测量、接触角测试和长期环境暴露实验等方法，系统评估了SA涂料的光热性能和耐久性。通过扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）揭示了SA形成的微腔结构和纳米粗糙度特征，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱验证了材料稳定性。

材料结构与光学特性
扫描电镜显示SA颗粒（3-30μm）在涂料中形成均匀分布的微腔结构（图3），这些微腔不仅增强可见光-近红外散射（ρ_VIS-NIR
提升至92.3%），还通过表面微穹顶结构实现空气捕获。光谱分析证实该材料在8-13μm大气透明窗口保持0.96的高发射率（图4a），满足被动日间辐射制冷（PDRC）的双重要求。

热阻与节能性能
热导测试表明，含5% SA的涂料使热阻提升48.6%（0.19 vs 0.37 W·m^-1
·K^-1
）。模拟建筑围护实验显示，在45°C加热条件下，SA涂料表面温差达4.9°C，显著高于普通涂料（3.2°C）（表2）。这种热阻特性可有效阻隔热带地区高温向室内的传导。

自清洁与耐久性
SA涂料表面呈现87.81 nm的纳米粗糙度（图5d），形成145°接触角和仅35°的接触角滞后，使水滴能快速滚落并带走95%以上粉尘（图5e）。经过18个月阿联酋极端环境（50°C温度、70%湿度、沙尘）暴露后，其光学性能和疏水性仍无衰减（图6a），证明其卓越的环境稳定性。

实际制冷效果
在阿布扎比实地测试中（24.45°N, 53.37°E），SA涂料表面温度较环境低7.4°C（图6c），且不同SA浓度（1%-5%）样品在老化前后均保持稳定的吸收/发射特性（图7a）。这种性能的长期稳定性使其特别适合中东、东南亚等高辐照地区应用。

该研究通过将SA的介孔特性与涂料工艺创新结合，首次实现了辐射制冷、热阻增强和自清洁的三重功能协同。其重要意义在于：① 突破传统涂料单一反射功能的局限，通过SA微腔结构设计同时优化光学和热学性能；② 提出的溶液混合工艺简单易规模化，克服了气凝胶材料传统加工难题；③ 长达18个月的环境验证为实际应用提供可靠依据。这项技术不仅可降低建筑15%-40%的制冷能耗，其疏水自清洁特性还能减少维护成本，对推动全球建筑碳中和目标具有重要实践价值。