在全球极端高温事件增多和建筑制冷需求持续增长的背景下，如何在不额外消耗能源的情况下为建筑“降温”，已成为建筑节能领域的重要课题。被动辐射制冷屋面可以通过反射太阳辐射并向外界释放热量，降低屋面温度和空调能耗。然而，对实际建筑而言，“刚铺上去时很凉”并不够，更重要的是经历多年日晒、老化和灰尘污染后，能否依然保持较高的太阳反射能力。

  近日，北京化工大学卢咏来教授/北京林业大学李京超副教授团队联合北京东方雨虹防水技术股份有限公司于Science Bulletin发表题为“Multiscale-engineered polyolefin bilayer composites for long-term energy-saving cool roofs” 的研究成果。该研究开发了一种多尺度结构调控的聚烯烃双层复合膜，通过将高太阳反射、红外辐射、抗污染和耐候性能集成于同一种屋面材料中，为长期节能型冷屋面提供了新的材料设计思路。

【研究亮点】

  1. 可规模化共挤出工艺实现TPO/TiO₂ + PBE/BN冷屋面膜的工业化制备。多尺度双层结构设计使材料同时实现94.1%的太阳反射率、优异的抗污染性能和良好的光学耐久性。

  2. 通过调控表面黏附特性，建立微观抗污染行为与宏观长期节能性能之间的关联。

  3. 经十年等效老化后，材料太阳反射率仍保持83%，显著优于商业冷屋面材料的性能基准。

  空调制冷目前约占全球电力消费的10%，随着城市化发展、极端高温天气增多以及生活水平提高，建筑制冷需求仍在快速增长。被动式冷屋面可大幅降低建筑物的制冷能耗，但商用屋面材料仍受限于初始太阳反射率较低及其长期衰减严重的问题。紫外辐射、热氧老化、酸碱盐侵蚀以及灰尘污染都会逐渐破坏屋面材料表面，使污染物附着并增加太阳能吸收。研究引用的美国冷屋面协会（CRRC）商业产品数据表明，单层屋面膜中初始太阳反射率最高的产品约为91%，三年后下降至约73%；相关产品三年后的太阳反射率平均衰减超过20%。

  因此，研究团队关注的核心问题并不是单纯追求一个更高的初始反射率，而是：能否同时实现高反射、高红外发射、抗污染、耐老化，并且还能采用现有工业工艺连续制造？

1. 多尺度结构协同设计：让不同层级“各展所长”

  研究团队设计了由两部分组成的聚烯烃双层复合膜：下层为含氧化钛的热塑性聚烯烃（TPO/TiO?）反射基底，上层则覆盖一层较薄的丙烯基弹性体/氮化硼（PBE/BN）功能层。这种设计并不是简单地把两种材料叠加在一起，而是在不同尺度上进行功能协同。在微观尺度上，没有微相分离的PBE表面降低了灰尘黏附，从而提高抗污染能力；在介观尺度上，PBE/BN表层强化紫外光反射，而下层TPO/TiO?主要负责可见光和近红外波段的强散射；在宏观尺度上，材料采用与工业生产兼容的共挤出工艺，具备连续、大面积制备的可能。最终，优化后的双层膜实现了94.1%的初始太阳反射率和90.7%的中红外发射率。

2. 不仅要“反光”，还要尽可能减少灰尘黏附

图3.聚烯烃双层复合材料的抗污染能力。（a）TPO和PBE基体的原子力显微镜（AFM）对数模量和粘附力图。（b、c）沿图（a）中白色线提取的TPO（b）和PBE（c）的线轮廓图，显示了取决于域的力学对比度和粘附异质性。(d) 采用原子力显微镜快速力映射模式测量的附着力特性的示意图。(e, f) 通过原子力显微镜获得的 (e) TPO 和 (f) PBE 的代表性力-位移曲线，其中标出了不同域的附着力及 W_ad 值。(g) TPO和PBE的附着力统计分布，插图为代表性的原子力显微镜附着力图。(h) TPO、PBE和聚烯烃复合材料表面上水接触角随时间的变化。(i) 显示PBE/BN和TPO/TiO₂表面污染及其后续清除过程的照片。(j) TPO/TiO₂ + PBE/BN和TPO/TiO₂表面不同区域在污染后的R_solar值。

3. 经得住“晒”和“脏”，才能实现真正的长期冷屋面

图4.聚烯烃双层复合材料的环境稳定性和抗污性能。（a–c）在115°C下进行672h的热老化试验：（a）样品照片；（b）老化前、老化后及污染暴露后的R_solar值；（c）经老化和污染暴露处理后各区域表面的R_solar值。(d–f) 氙弧照射2800h：(d) 样品照片，(e) 老化前、老化后及污染暴露后的R_solar值，(f) 老化和污染暴露后的局部表面R_solar值。(g, h) 耐酸、耐碱和耐盐测试后进行污染暴露：样品照片和R_solar值。(i) 经热老化、氙弧照射、化学暴露及污染暴露后的光学性能保留情况。(j) 代表性商用屋面材料在CRRC及TPO/TiO? + PBE/BN复合材料上的初始及老化后R_solar值。P（污染暴露）。

  这项研究将冷屋面材料的设计重点从单纯追求“高初始反射率”，进一步推进到高反射、长期耐候和工业化制造的协同优化。

  通过TPO/TiO₂反射基底与PBE/BN抗污染功能表层的多尺度协同，研究团队获得了兼具高初始太阳反射率、较强中红外辐射能力和长期抗污染稳定性的聚烯烃双层膜。其在加速老化、环境污染和户外实测中的表现表明，保持长期光学性能，可能比单纯提高材料初始反射率更有助于实现冷屋顶全生命周期节能。同时，该材料可采用与现有工业生产线兼容的共挤出方式制备，为耐久型、抗污染、可规模化的被动辐射制冷屋面材料提供了一条具有实际应用潜力的技术路径。

【作者及团队】

  卢咏来，北京化工大学教授，博士生导师。2006年入选北京市科技新星，2012年入选教育部新世纪优秀人才，2020年获得国家级人才项目。主要研究方向为高分子导热热管理材料、特种/新概念轮胎技术、特种功能弹性体材料、低碳高分子防水材料。作为负责人承担国家级、省部级重点项目10余项，获得国家科技进步二等奖1项、国家技术发明二等奖1项，获首都劳动奖章。

  李京超，北京林业大学材料学院副教授，入选北京市“高创计划”青年人才托举工程。主要从事热功能高分子材料研究，主持国家自然科学基金面上/青年、北京市自然科学基金面上等10项，共计发表科研论文40余篇，以第一/通讯作者在Science Bulletin、Nano-Micro Letters、Advanced Functional Materials，ACS nano，Nano Letters等期刊发表SCI论文30余篇，授权发明专利20余项，实现科技成果转化5项。

  刘志维，北京东方雨虹防水技术股份有限公司，高分子卷材专家研发工程师，正高级工程师。主要从事高分子防水卷材的开发、聚烯烃材料共混改性及成型加工。作为产品负责人推出3大系列产品，授权发明专利16项，获国家科技进步二等奖1项。

  聂振旭，北京化工大学在读博士研究生。

  研究工作由北京化工大学、北京林业大学以及北京东方雨虹防水技术股份有限公司相关科研平台共同完成。

  原文信息：Zhenxu Nie, Jinjing Liu, Ning Tan, Cong Wang, Fenglan Tian, Hongmei Ding, Jianjun Li, Chenchen Tian, Zhiwei Liu, Jingchao Li, Yonglai Lu. Multiscale-engineered polyolefin bilayer composites for long-term energy-saving cool roofs. Science Bulletin, 2026;

  https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.08.030