《ENERGY AND BUILDINGS》：Fabrication of BS/FEVE-g-PDMS composite radiative cooling coatings and the synergistic mechanism of optical-mechanical properties
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•该涂层的太阳反射率为94.02%，在第一个和第二个大气窗口波长范围内的发射率分别高达96.00%和93.78%；•在608?W·m?2的太阳辐射强度下，该涂层可实现平均低于环境温度3.78?°C的冷却效果；•BS/FEVE-g-PDMS涂层表面的吸收角和散射角分别为158.8°
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该涂层的太阳反射率为94.02%，在第一个和第二个大气窗口波长范围内的发射率分别高达96.00%和93.78%；
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在608?W·m?2的太阳辐射强度下，该涂层可实现平均低于环境温度3.78?°C的冷却效果；
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BS/FEVE-g-PDMS涂层表面的吸收角和散射角分别为158.8°和3.2°；
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该涂层的粘附强度为2级，铅笔硬度高达6H；
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该涂层具有出色的抗环境风化能力。
引言
被动式日间辐射冷却涂料是一种新型功能涂层材料，它基于被动热辐射机制，在不消耗能量的情况下实现被动冷却[1]。由于该材料在太阳光谱带（0.3至2.5?μm）内具有高反射率，因此能够最大程度地抑制太阳辐射热量的吸收。同时，该材料在8至13?μm的大气窗口波段具有高红外发射率，可有效将涂层吸收的热量以红外辐射的形式散发到热力学温度接近绝对零度的外太空。这样一来，辐射冷却涂料就能够实现无需能量的自发冷却[2]、[3]、[4]。这类涂料在使用过程中不会释放任何污染物，是应对全球变暖趋势、推动建筑行业节能降耗以及实现低碳发展的关键技术途径之一。兼具高性能与实用性的辐射冷却涂料的研发，已成为材料科学与建筑节能交叉领域的研究热点，具有重要的理论研究意义和广阔的工程应用前景[5]、[6]、[7]。
目前，最接近实际应用要求的辐射冷却涂料是以粉末/粘结剂为基体的复合材料。这类涂料通常采用BS、Al2O3、ZrO2、CaCO3、BN等白色颜料作为填料[8]、[9]、[10]、[11]、[12]，同时使用聚丙烯酸酯、乙基纤维素、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]、聚脲和聚氨酯作为粘结剂[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。这类涂料通常通过传统的液相混合方法制备。然而，这类粉末/粘结剂复合材料往往过分追求材料的光学性能，试图通过提高涂层的太阳反射率来增强其辐射冷却性能。一般来说，涂层的太阳反射率会随着填料含量的增加而上升。为了获得超过94%的极高太阳反射率，填料含量常常超过80?wt%，甚至可达90?wt%[8]、[16]、[17]。但在此类极高填料含量的情况下，涂料的质量（尤其是与基材的粘附力和硬度）往往会显著下降。最常见的后果就是涂层表面出现粉化现象，硬度也大幅降低。这类涂料无法承受日常的摩擦、冲击等其他外力作用，容易出现划痕和磨损。因此，要平衡涂料的光学性能与质量极为困难。
用于户外建筑的辐射冷却涂料在综合性能方面有着非常严格的要求。首先，该涂料应能通过喷涂、刷涂等传统方法应用于大面积区域（如建筑立面和屋顶）以及复杂表面（如墙角）。其次，该涂料应在常温条件下即可固化。第三，涂料的质量要高，主要体现在对基材的高粘附力、较高的表面硬度、良好的外观以及无裂纹。第四，涂料的太阳反射率和红外发射率均需高于92%，这是实现材料辐射冷却的必要条件。第五，涂料还应具备自清洁功能，以减少表面灰尘积累，从而保持其光学性能，确保长期具备辐射冷却性能。第六，涂料需具有优异的耐候性，能够在户外环境下不出现开裂、剥落、粉化或泛黄现象。第七，涂料还需具备耐用性，这意味着在其使用寿命内（通常为五年以上），涂料的性能（包括光学性能、表面自清洁性能、外观、粘附力和硬度）不会下降，即便性能略有下降，也能通过简单低成本的方法快速恢复。虽然上述部分要求相对容易实现[1]、[8]、[12]，但要同时满足五种及以上要求，在辐射冷却涂料领域仍是一项极具挑战性的任务。
与常见的白色颜料和填料相比，BS的折射率适中（n≈1.64），带隙宽度为6.0?eV，且没有光催化活性[1]、[8]、[16]、[17]、[18]。它具有较高的白度且成本低廉，非常适合大规模工程应用。FEVE则具有优异的耐候性、较高的表面硬度、良好的基材粘附力以及出色的化学抗腐蚀性，能够有效保障涂料的质量和长期使用寿命。此外，FEVE分子结构中的C–F键、C–O–C键以及C–C主链能够形成连续的高强度宽吸收带，使得FEVE树脂的红外发射率可达到0.90以上[19]。本研究通过结构设计和技术优化，实现了涂料多种性能的协同整合。最初，通过优化BS的粒径和粒径分布，并结合高填料含量的设计，确保BS/FEVE涂层的太阳反射率和红外发射率能够满足高效日间辐射冷却的核心要求（太阳反射率=94.02%，在8–13?μm波段的红外发射率=96.00%，在16–25?μm波段的红外发射率=93.78%）[20]、[21]。随后，将疏水性纳米SiO2与微米级的BS颗粒混合，以便在涂层表面形成微/纳米级粗糙结构。接着，在氟碳树脂（FEVE）的主链上接枝柔性低表面能的PDMS片段，从而制得BS/FEVE-g-PDMS复合体系，进而让涂层表面具备超疏水自清洁功能。最后，引入带有特殊功能基团的硅烷偶联剂作为辅助交联剂和偶联剂，通过多种脲键和硅氧烷键在基材、BS填料、FEVE树脂以及PDMS片段之间构建出坚固的化学键网络，进一步提升了涂层与基材之间的界面粘附力和表面硬度。通过这些措施，最终实现了涂层辐射冷却功能、超疏水自清洁性能、界面粘附力、表面硬度以及耐候性的协同提升。这有效解决了当前辐射冷却涂料领域中难以兼顾优异光学性能与优质膜层质量的难题。同时，这项研究也为推动辐射冷却涂料在建筑节能领域的实际大规模应用提供了重要的技术支持和理论指导。
章节节选
BS/FEVE-g-PDMS涂料的制备
这种具有自清洁和辐射冷却功能的BS/FEVE-g-PDMS涂料是通过传统的机械搅拌方法制备的。首先，将72.5?g的BS粉末加入100?ml的苯乙烯丙烯酸酯混合物中，在机械搅拌作用下形成分散液。然后，向该分散液中加入占BS重量2.5?wt%的硅烷偶联剂SCA，以及2.5?g的防沉降剂（疏水性纳米二氧化硅），以此对BS进行原位表面改性。之后，再向该分散液中加入16?g的FEVE和4?g的PDMS。
固化机制分析
BS/FEVE-g-PDMS涂层是通过传统的机械混合方法制备的[图1(a)及补充材料]。首先，使用硅烷偶联剂SCA对填料BS进行表面化学改性。如图S1所示[见补充材料]，当硅烷偶联剂SCA吸收水分后，其中的甲氧基会水解成硅醇，而这些硅醇又会与BS表面的羟基发生脱水缩合反应，从而形成硅氧键，
结论
本研究通过合理的组分设计和界面工程策略，解决了长期以来粉末/粘结剂型辐射冷却系统中如何平衡光学性能与膜层完整性的问题。本研究采用了可规模化且适合工业生产的机械混合工艺来制备BS/FEVE-g-PDMS涂层，该涂层不仅具有94.02%的太阳反射率，还在两个波段的红外发射率方面表现优异（在8–13?μm波段的红外发射率为96.00%，在16–25?μm波段的红外发射率为93.78%）。除了优化的光学性能之外，
作者贡献说明
刘佳君：方法设计、实验研究、数据整理。吴慧民：初稿撰写。王法军：论文润色与编辑、初稿撰写、项目监督、资金申请。方新作：正式数据分析。范望西：方法设计。欧俊飞：初稿撰写。阿umber Abbas：论文润色与编辑、初稿撰写。
利益冲突声明
作者们声明存在以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
王法军表示其研究工作得到了江苏省教育部门的财政支持。其他作者则声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者们衷心感谢中国江苏省高等教育机构自然科学基金对本研究的财政支持（项目编号：24KJA430010）。
Jiajun Liu|Huimin Wu|Fajun Wang|Xinzuo Fang|Wangxi Fan|Junfei Ou|Aumber Abbas
