研究背景
在全球气候变暖和极端高温频发的背景下，建筑制冷需求持续增长，空调能耗与碳排放问题日益突出。如何在不消耗额外能源的情况下实现高效降温，成为当前材料与能源领域的重要研究方向。
近年来，被动辐射冷却技术因能够通过材料自身结构将热量以红外辐射形式释放到外太空，实现无需能耗的降温效果而受到广泛关注。然而，现有辐射冷却材料在实际应用中仍面临多重挑战，例如太阳光反射能力不足、红外辐射效率有限，同时还需要兼顾机械强度、隔热性能与阻燃安全性等工程要求。
针对这些关键问题，华南理工大学轻工科学与工程学院陈港教授团队设计并制备了一种新型多功能辐射冷却气凝胶材料，实现了辐射冷却性能、结构强度和可持续性能的协同提升。
图文解读
双模板微纳结构设计，实现高效辐射冷却
研究团队提出了一种创新的“泡沫-片层”双模板构筑策略，通过引入羟丙基甲基纤维素同步作为表面活性剂与交联组分，使气凝胶内部形成稳定的多级孔结构。这种结构在微观层面形成了微米级泡沫孔结构与纳米级层状结构协同的三维网络，不仅显著增强了材料的结构稳定性，还大幅提升了其光学与热学性能。
图1. 采用泡沫辅助与定向冷冻双模板法制备气凝胶的流程
气凝胶具备优异的辐射冷却性能
多尺度“泡沫-层状”孔结构带来了两个关键优势，高太阳光反射能力与超高红外辐射能力。测试结果显示，该材料的可见光反射率达到96%，中红外发射率接近99%，优于传统辐射冷却气凝胶材料。在户外实际测试中，该气凝胶材料展现出优异的被动降温能力。户外测试结果表明，在自然阳光照射条件下，白天降温可达约8.8℃，材料能够实现稳定的低于环境温度的被动冷却效果。此外，研究团队通过建筑能耗模拟评估了该材料在建筑外墙中的应用潜力，结果表明，该材料在缓解城市热岛效应和降低空调能耗方面具有重要应用前景。
图2. 气凝胶的辐射冷却性能
具备优异的隔热与机械性能
除了优异的辐射冷却能力，该气凝胶材料还展现出优异的隔热与机械性能。该气凝胶具有59 mW·m⁻¹·K⁻¹的超低热导率和可承受超过自身重量5000倍载荷的高压缩强度。
图3. 气凝胶的微观结构形貌、力学性能及隔热性能
具备优异的阻燃性能
在阻燃方面，该气凝胶极限氧指数达到31.5%，达到UL-94 V-0阻燃等级。此外，该材料在燃烧过程中能够形成稳定炭层，从而有效阻隔氧气与热量传递，提高材料的整体安全性。
图4. 气凝胶的阻燃性能、热稳定性及阻燃机理
兼具可修复、可循环利用与可土壤降解等特性
在可持续性方面，该气凝胶实现了全生命周期的环境友好性。气凝胶内部的动态交联网络赋予其溶剂修复能力，快速闭环循环利用能力与可控生物降解特性。自修复特性更可将小尺寸气凝胶组装为20cm×30cm大尺寸材料，突破规模化制备的尺寸限制。气凝胶凭借明胶与HPMC的相反温敏特性，可通过溶剂处理重新解聚并再生为新的材料，循环后结构与性能无显著衰减，为绿色建筑材料的发展提供了新的思路。
图5. 气凝胶的自修复性、可回收性及生物可降解性
研究总结
该研究团队开发出的多功能辐射冷却气凝胶，它不仅以出色的阳光反射与红外辐射能力实现了高效的被动冷却，更将卓越的机械强度、隔热性与阻燃安全性融为一体。尤为重要的是，材料兼具的可修复、可循环与可降解特性，构建了一个完整的绿色生命周期。这项成果为应对建筑制冷能耗挑战、缓解城市热岛效应提供了集高效、坚固与可持续于一体的创新材料解决方案，展现出广阔的实用化前景。
论文信息
相关研究成果以“Sustainable Cellulose-Based Aerogels with a Hierarchical‘Foam-Flake’Structure for Ultrahigh Emissivity Radiative Cooling”为题发表于《Advanced Functional Materials》。论文第一作者为华南理工大学博士研究生陈烽，共同通讯作者为华南理工大学陈港教授和广西大学青年教师贺莹莹博士。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202528466
通讯作者简介
陈港，华南理工大学轻工科学与工程学院二级教授、博士生导师，先进造纸与纸基材料全国重点实验室科研骨干。现任华南理工大学特种纸研究团队首席科学家，中国造纸学会副理事长，广东省造纸学会常务理事，广东省造纸行业协会副会长等；曾任制浆造纸工程国家重点实验室常务副主任，担任《中国造纸》、《中国造纸学报》等期刊的编委以及多家行业龙头企业的技术顾问。主要研究领域为造纸新技术与特种纸，包括特种纸新技术、纸基功能材料、纸张涂布技术与理论、多种纤维混合成型机理、纳米纤维素制备及应用、造纸化学品的优化及应用、纸张防伪技术、功能材料在造纸过程的应用等。先后主持和参加国家重点研发计划、工信部重点行业绿色制造系统集成项目、国家自然科学基金、国家“973”计划、省自然科学基金、省高新技术成果孵化项目、粤港重点领域重大突破招标项目等。近年在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Eng. J.、Chem. Mater.、J. Mater. Chem. A等国际知名刊物发表研究论文多篇，其中ESI高被引论文2篇。编写专著2本，拥有40多项授权发明专利。
贺莹莹，工学博士，2025年毕业于华南理工大学轻工科学与工程学院制浆造纸工程专业，导师为陈港教授。现任职广西大学化学化工学院，助理教授。研究方向为生物质基功能材料、纤维素复合材料、相变储能材料、热管理等方向。截至目前，已在Adv. Funct. Mater.、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Small、Carbohydr. Polym.等材料及化工领域主流期刊上发表学术论文20余篇，其中第一（含共一）或通讯作者论文14篇。作为负责人主持广西大学高层次人才引进项目、博士硕士研究生创新项目、大学生创新训练计划项目等。
