被动辐射制冷（Passive Radiative Cooling，PRC）材料可通过反射太阳光，并借助8–13 μm大气透明窗口向外辐射热量，实现无需额外制冷电力输入的被动降温。夏季建筑降温、复杂曲面热管理以及冰雪保存等场景，对PRC材料的柔韧性、降温性能和长期服役稳定性提出了多重挑战。现有PRC材料往往难以同时兼顾高反高发、柔韧性、结构/化学稳定性以及受损后的修复能力,尤其在不规则表面反复弯折、长期户外使用时，裂纹与局部损伤可能削弱其使用寿命和降温效果。

  针对这一问题，北京化工大学曹鹏飞、田明，天府永兴实验室李治等提出了一种可修复热固性弹性体辐射制冷薄膜的设计策略：以动态共价键与多重氢键协同构筑可修复的交联弹性体网络，并通过无机颗粒涂覆、多孔结构及颗粒—多孔分级结构调控太阳光散射和红外辐射，在维持材料柔性与结构稳定性的同时赋予有效的降温性能（图1a–c），并进一步验证了其在建筑屋面和不规则冰雕表面的应用潜力（图1d）。该工作首次实现了热固性可修复PRC材料的高效制冷，兼具规模化、长服役和可回收等特点。

  相关工作以题为“Healable Thermoset Elastomeric Materials for Passive Radiative Cooling”，发表于材料学顶级期刊《Advanced Materials》。北京化工大学田明教授、曹鹏飞教授，天府永兴实验室李治研究员为论文共同通讯作者；北京化工大学王飞飞博士生与李崚湾副教授为共同第一作者；中国科学技术大学裴刚/赵斌教授等、沙特阿卜杜拉国王科技大学甘巧强教授及美国田纳西大学等单位的研究人员参与合作。

图1. 可修复热固性弹性体辐射制冷薄膜的材料设计、结构构筑及建筑与冰雪保护应用示意图。

【动态共价键与氢键协同构筑高韧性热固性弹性体】

  研究选用氨基封端聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为柔性主链与发射基体，通过异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）引入具有不同分子间与分子内相互氢键作用强度的脲基单元，再利用多巯基交联剂-四(3-巯基丙酸）季戊四醇酯（PETMP）构筑热固性交联网络（图1a、图2a、b）。网络内部的动态硫代氨基甲酸酯键和强、弱氢键相互配合，使材料兼具较高强度、良好延展性及加热条件下的网络重构能力（图2f、g）。

  相比线性预聚物，交联弹性体的拉伸强度由1.8 MPa提高至5.75 MPa，断裂伸长率由185%提高至537%（图2c）。即使引入缺口，材料仍具有约2.3 MPa的拉伸强度和209%的断裂伸长率，表现出一定的缺口损伤容忍能力（图2c、e），为后续被动辐射制冷薄膜弯折成形和多孔结构构筑提供力学基础。

图2. 热固性弹性体的化学结构表征、拉伸性能、缺口容忍能力及动态力学表现。

【可修复交联网络：受损后仍可恢复材料功能】

  动态硫代氨基甲酸酯键能够在热刺激下发生键交换，多重氢键则协助实现链间重新结合（图3a、b）。理论计算与变温红外表征共同支持了相关动态键交换机制（图3b、c；补充图S10）。在高温处理多个小时后，弹性体及其不同结构的辐射制冷薄膜能够实现明显的力学性能恢复。研究还比较了薄膜原始状态与修复后的断裂形貌和拉伸曲线，展示了化学网络设计与宏观修复行为之间的联系（图3d、e）。

  此外，在0–2 ℃条件下的补充实验中，薄膜划痕表现出一定的收窄与局部闭合趋势，但这一现象不等同于低温下的完全修复（补充图S47、S48）。上述结果表明，材料有望在实际户外使用中减缓局部损伤的扩大，而较高温度下的可修复特性则为延长服役寿命提供了可能。

图3. 动态键交换与氢键协同机制，以及HCE、DPE、HC/PE三种薄膜修复前后的力学性能比较。

【弹性体辐射致冷结构设计与光学调控】

  在可修复热固性弹性体基体上，团队进一步设计了三类辐射制冷薄膜：①表面负载改性SiO?/TiO?颗粒的复合涂层弹性体（HCE）；②通过牺牲模板获得无序孔隙结构的多孔弹性体（DPE）；③将颗粒层与多孔层结合的分级结构薄膜（HC/PE）（图1c、图4b、c）。利用颗粒与孔隙尺度的调节增强太阳光散射（图4e、f），同时借助聚合物分子振动及无机颗粒的红外响应实现热辐射（图4g）。

  光谱测试表明，分级结构HC/PE薄膜在太阳光波段的反射率可达约93.3%，中红外发射率约95%（图4h）。这一结构策略不仅提升了光学性能，还允许在同一可修复热固性基体上拓展不同的微纳结构形式，为柔性辐射制冷材料提供了兼顾功能与耐用性的设计路径。

图4. 颗粒涂覆、多孔及分级结构的微观形貌、界面作用、光学模拟和反射/发射光谱。

【室外降温效果与受损修复后的辐射制冷能力】

  在北京开展的户外测试中（2026年7月24日，10:50—13:05），当环境气温超过35 ℃时，三种薄膜均呈现约2–4 ℃的低于环境温度降温表现，其中分级结构HC/PE的最大温差约为4 ℃（图5a、b）；与所搭建的隔热测试箱内空气温度相比，弹性体薄膜最高降低温度11 ℃以上。在经历损伤及加热修复后，薄膜仍保持有效的日间辐射降温能力，表明其热管理功能具有一定的损伤恢复潜力（图5c）。

  团队还开展了基于温度补偿法的户外制冷功率测试：在约844 W/m2的太阳辐照条件下，HCE、DPE和HC/PE薄膜的平均制冷功率分别为107、90和126 W/m2（补充图S42、S43）。将薄膜包覆于圆柱形表面进行测试，也进一步展示了柔性薄膜对非平面物体的适配优势（图5d）。

图5. 原始和修复后薄膜的户外降温测试，以及在圆柱表面包覆条件下的制冷对比。

【应用验证：夏季降低建筑温度，冬季延缓冰雪融化】

  为评价实际使用潜力，研究采用混凝土模型房屋开展屋面降温实验。与未覆盖组相比，辐射制冷薄膜可使模型房屋内部温度在日间降低约12 ℃（图6a、b）。采用EnergyPlus模拟多个代表性城市的建筑制冷需求，也表明该材料在不同气候条件下具有一定的建筑节能应用潜力（原文Figure S53-55）。

  在冬季冰雕保温实验中，约200 g的不规则冰雕经薄膜覆盖并在室外放置3天后，仍保持较好的外形，而未覆盖样品的形貌发生明显变化（图6c、d）。对于约5 kg的冰袋，6天户外放置后，未覆盖组完全融化，薄膜覆盖组仍保留超过3 kg的质量（原文Figure S56）。另有冰块对比实验显示，经历低温处理的受损薄膜仍可发挥一定的减缓冰融化作用（原文Figure S57）。

图6. 混凝土模型房屋昼夜降温、冰雕保温，以及米级柔性薄膜的制备与负载演示。

【规模化应用潜力与可回收性】

  在制备工艺方面，研究实现了约1.8 m × 0.8 m的米级辐射制冷薄膜；样品可卷曲、扭转，并展示了一定的承载能力（图6e、f）。同时，研究还测试了材料的耐溶剂性、紫外老化稳定性、耐污及热稳定性，并探索了不同类型薄膜混合状态下的组分分离与再加工，显示出热固性可修复网络在使用寿命和资源利用方面的潜在优势（补充图S68–S70）。

  综上，该研究将动态共价网络的可修复性、热固性弹性体的力学与尺寸稳定性，以及微纳结构调控的辐射制冷功能相结合，在“柔性—耐久—修复—制冷”之间建立了协同设计路径，为建筑节能、复杂曲面热管理和冰雪保护等场景提供了新的材料设计思路。

  论文原文在线链接 / DOI：https://doi.org/10.1002/adma.75417

  北京化工大学曹鹏飞教授课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/cao_pengfei

部分作者简介：

  李崚湾，北京化工大学材料科学与工程学院副教授，主要研究特种高分子、纤维素基复材，被动辐射降温材料，X射线/中子散射表征技术等。2014年本科毕业于武汉理工大学，2019年博士毕业于华南理工大学，2016-2018年期间在美国橡树岭国家实验室进行博士联合培养，2019-2024年期间在瑞典皇家理工学院（KTH）从事博士后研究，2024年至今任职于北京化工大学。已发表Nat. Commun., PNAS, Adv. Mater., Angew. Chem.等SCI论文50余篇，他引2000余次；主持多项国家、部委及企业项目，任Green Carbon和Polymer Science & Technology期刊青年编委。

  李治，天府永兴实验室低碳电力研究所副所长、领军科学家，清华四川能源互联网研究院输配电设备综合仿真及智能运维研究所所长。致力于新型电力系统装备、电工材料的创新科研和成果转化。清华大学学士、硕士，美国华盛顿州立大学博士，电气工程专业。2012年至2022年曾任美国橡树岭国家实验室博士后研究员、研究员，主持多个美国能源部资助科研示范项目。发表超过40篇国内、国际期刊会议论文及技术报告，10项美国及中国专利授权。