被动辐射制冷通过反射太阳辐射，并在8–13 μm大气透明窗口内向外辐射热量，可在无需额外能源输入的条件下实现降温。然而，优异的太阳光反射率和中红外发射率并不必然转化为理想的实际制冷效果。在真实环境中，空气对流、基底导热等非辐射传热过程会持续向制冷表面输入热量，形成寄生热增益并削弱净制冷能力。因此，如何在同一种材料中同时实现高效光谱调控与热阻隔，是推动被动辐射制冷从“高光学性能”走向“高实际制冷效率”的关键问题。

  近期，天津科技大学程博闻院士与天津工业大学庄旭品教授提出了一种可逆黄原酸化介导的界面调控策略，构筑了兼具高太阳光反射率、高中红外发射率和超低热导率的多级SiO?@纤维素纳米纤维（CNF）气凝胶。

  该工作以“Hierarchical SiO₂@Cellulose Nanofiber Aerogels With Synergistic Optical–Thermal Regulation for High-Performance Passive Cooling”为题发表在《Advanced Materials》上（Adv. Mater. 2026, e74505）。文章第一作者是天津工业大学博士生殷轩。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

  黄原酸化一方面通过静电排斥促进纤维素微纤维解离，获得高长径比CNF；另一方面重构CNF表面的局域离子/水合界面，促进TEOS水解后硅物种在纤维界面发生优先缩合，而非在溶液中无序自聚集，使直径约300 nm的SiO?纳米球沿单根纳米纤维均匀原位生长，形成独特的“珍珠项链状”SiO?@CNF杂化结构。随后通过?30 ℃定向冰模板组装形成层状多孔网络，并经冷冻干燥和热脱黄原酸化获得轻质SiO?@CNF气凝胶（图1）。由此，SiO?纳米散射单元、连续CNF骨架与微米级层状孔结构被集成于同一材料中，为太阳光反射、中红外辐射和非辐射热阻隔的协同调控提供了结构基础。

图1 SiO₂@CNF气凝胶的构筑策略与被动制冷机制

  得益于上述层级结构设计，SiO?@CNF气凝胶表现出优异的光谱调控性能（图2）。优化样品SiO?@CNFA-3在0.3–2.5 μm太阳光谱范围内的加权平均反射率达到95.6%。其中，约300 nm的SiO?纳米球与太阳光谱高能量波段具有良好的尺寸匹配，可产生显著的Mie散射；同时，SiO?、纤维素和空气构成的多重折射率界面进一步增强光的反射、折射与多次散射。在中红外区域，纤维素C–O–C振动、SiO?中的Si–O–Si振动以及界面Si–O–C振动形成互补的光谱响应，共同覆盖8–13 μm大气透明窗口，使SiO?@CNFA-3的平均中红外发射率达到95.3%。这种“高太阳反射—高中红外发射”的光谱组合，为减少太阳热输入并增强向外界的辐射散热提供了基础。

图2 SiO₂@CNF气凝胶的光谱调控性能

  除光谱调控外，热阻隔是该材料实现高实际制冷效率的另一关键。SiO?@CNFA-3在25 ℃下的热导率低至0.028 W·m?1·K?1，已接近静止空气的热导率，可有效抑制环境向低温表面的传导热输入。更重要的是，具有相近光谱性能的致密SiO?@CNF薄膜由于热阻不足，其实际温度调控能力明显弱于多孔气凝胶；而纯CNF气凝胶虽然具有一定隔热能力，却受限于较低的太阳光反射率。该对照进一步表明，高太阳反射、高中红外发射与低热导率必须协同作用，才能充分释放被动制冷性能。为验证实际应用能力，团队进一步制备了40 × 24 × 1.3 cm的大面积SiO?@CNFA-3，并开展户外制冷设备热管理测试（图3）。在约1000 W·m?2太阳辐照下，材料表面实现平均3.7 ℃的亚环境降温，其底部相对于聚苯乙烯泡沫参照体系的温度降低达到24.9 ℃。在?4～4 ℃的商业小型制冷设备热循环中，未覆盖气凝胶时单次循环周期为18.4 min，覆盖SiO?@CNFA-3后延长至27.1 min，提升47.3%。热循环周期的显著延长表明，该材料能够有效抑制环境热侵入并增强冷量保持，为降低间歇制冷系统的运行能耗提供了材料基础。

图3 大面积SiO?@CNF气凝胶的制冷应用与热管理性能

  该工作是团队近期围绕纤维基多孔材料与低能耗热管理开展的最新进展之一。纤维基多孔材料的热管理性能与微纳纤维组装及层级孔结构密切相关，而低热导、力学性能与环境适应性之间往往相互制约。围绕这一问题，团队通过跨尺度结构设计，实现了芳纶气凝胶纤维中高强度、柔软性、可织造性与隔热性能的协同（Adv. Funct. Mater. 2025, 2506968；Nat. Commun. 2026, 17, 5327），并进一步通过碳化保持纳米纤维层级骨架，实现?196～1000 ℃宽温域下的稳定隔热（Chem. Eng. J. 2025, 505, 159507）。在辐射热管理方面，团队利用层级非晶孔结构与分子光谱选择性，实现全天候被动辐射制冷（Carbohydr. Polym. 2025, 359, 123583），通过温度自适应光谱调控与自清洁协同提高了应用性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2026, 18, 7356）。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74505