光子工程荧光三层聚合物涂层：突破亚环境温度的有色辐射冷却技术

这篇研究创新性地开发了光子工程荧光三层聚合物涂层（PFTPCs），通过Purcell增强荧光发射和优化光子结构，实现了历史性突破：红/黄/绿三色涂层的有效太阳反射率（ESR）分别达94%/96.3%/96.1%，长波红外发射率超96%，在850 W m?2辐照下实现5.4–7.2°C亚环境冷却，较商用产品降温3.7–5.1°C。其超疏水、抗污和耐候特性为建筑节能提供了可持续解决方案。

　　

光子工程荧光三层聚合物涂层的突破性设计

研究团队通过三层结构设计实现革命性突破：底层采用1.5 μm BaSO₄纳米颗粒（NPs）构建超高反射层（太阳反射率97.6%），中层嵌入稀土离子掺杂荧光粉（Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺/Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺/Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺），表层为20 nm硅烷化SiO₂ NPs。这种结构通过Y₂O₃ NPs构建Purcell腔，使红光荧光粉量子产率（PLQY）提升40%，在350 nm激发波长下实现>120%的有效反射率。

光学性能的量化突破

改进的蒙特卡洛模拟（MMC）显示：红/黄/绿涂层在荧光发射波段出现"超100%反射"现象，这是传统光谱仪无法检测的独特效应。实验测得三者在8-13 μm大气窗口的红外发射率达96.4%-96.8%，香港户外测试中，黄色涂层在700 W m^?2辐照下实现7.2°C亚环境降温，较商用丙烯酸涂料降低5.1°C。荧光转换使红光涂层的太阳反射贡献增加5.4%，而黄/绿涂层分别提升1.8%/1.2%。

建筑节能的实证分析

建筑模型模拟显示：在台北气候条件下，PFTPCs屋顶涂层年节电量达18,808 kWh（67.7 GJ），节能率近30%。墙面应用在香港实现20.8 GJ年节能，这归功于三重协同效应：1）BaSO₄层实现97.6%太阳反射；2）荧光粉将UV光转换为可见光；3）SiO₂表层通过微纳结构获得157°水接触角，使碳黑污染接触角仅下降2°（图4f）。

耐久性设计的创新细节

加速老化测试表明：175 W m^?2 UV照射120小时后，PFTPCs的Hunter白度指数波动<5%，而商用染料涂层24小时即出现明显褪色。FT-IR证实聚合物基质在UV暴露后特征峰（如C=O键1720 cm^?1）保持稳定，这得益于荧光粉将98.3%的UV光子转换为可见光。机械测试中，100次砂纸摩擦后涂层仍维持150°超疏水特性，水流冲击测试（80 ml/s）6分钟后滑动角仅增至6°。

技术比较与商业化前景

与现有技术相比（表S9），PFTPCs在6个维度表现突出：1）实验室成本仅6.7美元/m²；2）PLQY增强12倍（黄光粉300 nm处）；3）适应57%高湿环境；4）通过ASTM D7897-18污染测试；5）颜色饱和度ΔE<3；6）兼容混凝土/金属/塑料基材。这种"荧光-散射-发射"三重协同机制，为热带地区建筑节能提供了兼具美学与功能性的解决方案。