被动辐射降温涂层材料是一种零能耗、零排放的新兴节能技术，在提高建筑能效方面具有独特优势。能够通过反射太阳光和辐射热红外有效降低物体表面的温度，从而降低制冷能耗，因此在减少全球能源消耗方面前景广阔。然而，辐射降温涂层材料在应用过程中其表面易被环境灰尘、微生物、雨水等污染导致功能削弱，从而降低材料使用寿命。另一方面，现有的涂层材料在低温环境下会持续辐射降温导致过度制冷，反而增加冬季供暖能耗。此外，如何实现该材料的大面积量产以推动其迈向实际应用，仍然需要攻坚克难。

在自然界中，植物叶片的复杂结构赋予了它们卓越的光吸收和润湿性。例如，植物叶片的梯度结构，由上表皮、栅栏组织、海绵层和下表皮组成，其中叶绿体在栅栏和海绵组织内的不对称分布优化了光合效率，使得叶片一面呈现出深色而另一面则相对浅色。而叶片表皮的润湿特性，如荷叶表皮细胞，含有一层低表面能的蜡质和微纳米乳突结构，赋予了其超疏水性。这种协同一体的自然现象启发了科学家们探索新的材料和技术。

受荷叶的纵向梯度特征和表面微纳结构的启发，陕西科技大学薛朝华教授团队联合香港理工大学王钻开教授和华中科技大学陶光明教授团队合作研究，通过一步相分离工艺，制备出了一种集超疏水表面自清洁、太阳光反射率自动可调和热红外发射有效利用于一体的多功能调温涂层，实现了高温环境下的辐射降温和低温环境下的太阳能加热从而达到“冬暖夏凉”智能调温。

该涂层由几种不同的材料复合而成，包括具有温度响应特性的热致变色微胶囊（TCMCs）、疏水性SiO2和聚偏氟乙烯共六氟丙烯[P(VDF-HFP)]。涂层的结构设计的非常巧妙，上表面具有微纳多孔结构，由低表面能聚合物P(VDF-HFP)组成，散布着SiO2纳米团簇。这种结构协同赋予了超疏水表面所需的“低表面能+微纳米粗糙结构”特征，类似于荷叶的上表皮，从而确保了其光学特性的维持。在这些微纳粗糙结构下面，嵌入了TCMCs，这些微胶囊会根据温度的变化改变其颜色实现对太阳光反射和吸收的切换。而涂层的底部则是由许多微纳小孔洞组成的多孔结构，这些孔洞有助于提高涂层对太阳光的反射性能。这种多功能协同一体化涂层的独特之处在于，它能够根据季节和温度的变化自动调节。在夏季高温时，涂层中的TCMCs会变成白色状态，与底部微结构协同反射大部分阳光能量，帮助降低物体表面的温度，其太阳光反射率高达92.3%，热红外发射率高达95.8%。相反，在冬季低温时，TCMCs转变为彩色，帮助涂层吸收热量，从而实现太阳光加热。此外，在其中还加入了光学改性剂对涂层进行防晒保护，与其表面的超疏水性自清洁作用共同保障了涂层功能的持久稳定性。

同时这种超疏水智能一体化涂层还可以作为一种热防护材料保护通讯设备和汽车等免受极高或极低的温度影响。能耗模拟结果显示，所设计的涂层与普通建筑相比制冷能耗平均节能53%，与传统的辐射降温材料相比年能耗最大节能18.7%。这项研究为智能调节辐射降温技术的大规模制造提供了新方法，有望推动辐射降温材料研究迈向户外实际应用，对于推动全球碳中和与可持续发展提供了一种全新的解决方案，以应对气候变化带来的挑战。

图1 仿生超疏水冬暖夏凉调温涂层的设计、形貌表征和光学性能

图2 仿生超疏水冬暖夏凉调温涂层的大面积制备及建筑节能模拟

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202400745

（来源：高分子科学前沿）