综述：陶瓷基被动日间辐射制冷材料的研究进展、机理、改性策略与挑战

（编辑推荐）本综述系统探讨了陶瓷基被动日间辐射制冷（PDRC）技术，通过分析陶瓷材料的高太阳反射率（SR）、强红外发射率及环境稳定性，提出微纳结构设计与混合材料协同优化策略，为应对气候变化提供零能耗制冷方案。文中涵盖历史演变、光学机理、性能优化及实际应用挑战，为清洁能源领域提供重要参考。

　　

历史演变与理论基础

被动日间辐射制冷（PDRC）技术的起源可追溯至早期对彩色涂料、聚合物等材料的探索，但其太阳反射率（SR）和热发射率不足导致性能受限。随着气候变化加剧，利用大气窗口（AW，8–13 μm）实现零能耗散热的陶瓷材料成为研究热点。地球表面通过吸收太阳辐射（约100 PW）与宇宙冷源的热辐射交换维持能量平衡，而陶瓷材料凭借高折射率、低消光系数及宽带光谱调控能力，成为PDRC的理想载体。

陶瓷材料的核心优势

陶瓷的独特性能源于其晶体结构：高SR（0.3–2.5 μm波段反射率>90%）可最大限度减少太阳热吸收，而强中红外发射率（2.5–25 μm）则通过AW高效散热。例如，SiO₂和TiO₂纳米颗粒通过米氏散射增强SR，多孔结构则通过增加光程提升发射率。此外，陶瓷的耐候性、阻燃性使其适用于长期户外应用，如建筑涂层和光伏组件冷却。

设计优化策略

微纳结构调控：通过调控孔隙率（如气孔尺寸<2 μm）可实现可见光散射与红外发射协同优化。实验表明，多孔Al₂O₃的冷却功率可达93 W/m²。
混合材料集成：陶瓷-聚合物复合材料（如PDMS嵌入SiO₂颗粒）兼具柔性与高发射率，冷却温差达5–10°C。但需注意热膨胀系数匹配问题，避免烧结开裂。

挑战与展望

当前瓶颈包括高湿度环境下第二AW（16–25 μm）传输率下降、规模化生产成本高。未来需开发自适应湿度调控陶瓷，并探索与太阳能电池的集成应用。尽管存在挑战，陶瓷基PDRC在建筑节能和个人热管理领域已展现出变革潜力。