《Advanced Optical Materials》：Hydrophobic 1D and 3D Anodic Alumina Radiative Coolers on Aluminum: Humidity-Resilient Daytime Sub-Ambient Cooling
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在现实室外条件下运行的被动辐射冷却器（PRC）必须在湿度、冷凝和污损条件下保持其光学响应。在此，研究人员通过使用硬脂酸（STA）进行表面功能化，展示了铝（Al）上疏水性一维（1D）和三维（3D）阳极氧化铝（AAO）辐射冷却器，在保持形貌和光谱特性的同时提高了接
在现实室外条件下运行的被动辐射冷却器（PRC）必须在湿度、冷凝和污损条件下保持其光学响应。在此，研究人员通过使用硬脂酸（STA）进行表面功能化，展示了铝（Al）上疏水性一维（1D）和三维（3D）阳极氧化铝（AAO）辐射冷却器，在保持形貌和光谱特性的同时提高了接触角。在硫酸中制备的1D-AAO经STA处理后，其太阳能反射率为77%，在8–13 μm大气窗口内的中红外发射率为90%，而硫酸中的3D-AAO发射率可达99%。在马德里夏季室外条件下，经STA处理的1D-AAO在958 W m?2的太阳辐照度下实现了12.9°C的最大温降（与使用相同实验装置的空箱相比），理论冷却功率为161.6 W m?2。在不同环境条件下的分析表明，通过STA功能化，冷却温度（ΔT）随太阳辐照度每增加100 W m?2升高约0.8°C，并随相对湿度每增加10%降低约0.2°C。疏水功能化增强了两种结构的冷却效果，孔隙率增加约4倍（从10%增加到36%）导致潮湿条件下冷却效果增强约8倍。这种疏水功能化策略在不牺牲光学性能或无需额外金属涂层的情况下，增强了基于AAO的辐射冷却器的湿度鲁棒性。
全球变暖导致高温和热浪频发，当前约三分之一的总能量需求用于制冷。全天候被动辐射冷却器（PRC）通过高太阳反射率与高红外发射率实现无能耗制冷，为建筑和设备冷却提供了有前景的解决方案。阳极氧化铝（AAO）纳米结构因其光学性能可调、化学热稳定性好，并能保护底层铝基底，成为辐射冷却研究的热点。此前的1D-AAO研究在草酸、磷酸和硫酸等电解液中取得了不同冷却性能，研究人员也探索了金属镀层和3D-AAO结构以进一步提升效果。然而，AAO本质亲水，湿度、冷凝和污损会显著影响其光学响应，制约了在高湿和沿海地区的应用。已有研究采用月桂酸、硅烷或硬脂酸（STA）调控AAO表面润湿性，其中STA具有良好紫外稳定性和热稳定性，但尚缺乏针对AAO辐射冷却器在可控表面润湿性下性能的研究。为此，研究人员开发了基于铝基底、经STA表面功能化的疏水性1D-AAO和3D-AAO辐射冷却器，系统比较了亲水与疏水结构在硫酸和草酸电解液中的性能，结合光谱表征、冷却功率计算和室外实测，首次厘清了太阳辐照度、湿度和气温对亚环境冷却的影响。这项工作为工业铝基底上气候稳定的AAO基辐射冷却器提供了直接途径，并提出了将润湿性工程集成到多孔无机辐射冷却平台的设计准则。论文发表在《Advanced Optical Materials》。
研究人员采用阳极氧化法在铝基底上制备1D-AAO和3D-AAO纳米结构，其中3D-AAO使用脉冲电压阳极氧化；随后通过表面沉积STA实现疏水功能化。利用扫描电子显微镜（SEM）表征形貌，接触角（CA）测量评估疏水性，光谱表征获得太阳能反射率（R
sol）和中红外发射率（ε
IR），并在西班牙马德里夏季室外条件下进行实测，结合冷却功率（P
cool）理论计算和环境变量回归分析。
2.1 形貌表征与疏水性
SEM图像显示，STA沉积前后各纳米结构的孔径（D
P）、孔间距（D
int）、横向通道间距（D
c）和孔隙率（P）均未改变。1D-AAO（硫酸）的D
P为20 nm，D
int为65 nm，P为10%，CA由36°提高至95°；3D-AAO（硫酸）的D
P为25 nm，D
int为40 nm，P为36%，CA由27°提高至73°；3D-AAO（草酸）的D
P为100 nm，D
int为165 nm，P为63%，CA由43°提高至90°。这表明STA功能化在保持形貌的同时显著提升了表面疏水性。
光学与冷却性能方面，硫酸中制备的1D-AAO经STA处理后，R
sol为77%，8–13 μm大气窗口内ε
IR为90%；硫酸中3D-AAO的ε
IR最高可达99%。在马德里夏季室外条件下，STA处理的1D-AAO在958 W m
?2太阳辐照度下获得12.9°C的最大温降（ΔT），相对同一装置的空箱而言，理论P
cool为161.6 W m
?2。环境变量分析显示，ΔT随太阳辐照度每增加100 W m
?2升高约0.8°C，随相对湿度每增加10%降低约0.2°C。疏水功能化提升了两种结构的冷却效果；孔隙率从10%增至36%（约4倍），使潮湿条件下的冷却效果增强约8倍。
讨论认为，太阳辐照度是控制ΔT的主要参数，湿度是次要但不可忽略的因素，且对高孔隙率3D-AAO影响更明显。疏水功能化可缓解湿度引起的性能损失，且不影响太阳反射率和红外发射率。研究结论可概括为：这种疏水功能化策略在不牺牲光学性能或无需额外金属涂层的情况下，增强了AAO基辐射冷却器的湿度鲁棒性，为工业铝基底上气候稳定的辐射冷却器提供了可行路线。
