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创新性地利用液态水作为白天辐射冷却材料
液态水首次被用于白天辐射冷却，其优异的光学特性（96%的太阳反射率和0.94的热辐射率）超越了大多数专门合成的冷却材料，展现了天然材料在辐射冷却领域的巨大潜力。实现了在阳光直射下的白天制冰
通过优化水膜厚度（最佳厚度为30 µm），即使环境温度高于零度（最高8°C），水冷器依然能够在白天实现冰的形成。测试中水冷器实现了最高低于环境温度12°C的降温效果，证明其强大的辐射冷却能力。系统量化了水膜厚度对冷却性能的影响
通过实验与理论结合，明确了水膜厚度对冷却效果的关键作用：当水膜厚度为20 µm时，冷却器实现了6°C的最低温差及72 W/m²的最高冷却功率；而过薄（5 µm）或过厚（50 µm）会导致性能下降，揭示了优化厚度的重要性。
低太阳吸收率与高红外发射率的结合，使水成为白天辐射冷却的潜在候选材料。显然，水的太阳吸收率和热发射率都与厚度密切相关。为了制造一个高效的基于水的辐射冷却器，必须适当地确定水膜的厚度。此外，为了通过太阳透明的水层反射所有太阳能量，可以使用由金属铝（反射率约为0.94）或银（反射率约为0.97）制成的底部反射镜。
液态水会在环境中蒸发。为了确保冷却效果完全来源于辐射冷却，而非蒸发冷却，需要满足以下条件：首先，水必须被严格密封以防止蒸发冷却效应。其次，密封方式不能干扰水的热辐射。最后，需对水膜的厚度进行精确控制。图1b展示了实验装置。水基辐射冷却器采用夹层结构，包括反射基底、液态水膜和中红外透射盖板。为了精确控制水膜厚度，使用不同厚度的光学透明丙烯酸（OCA）双面胶带作为间隔层，使水膜厚度范围从5到150 μm。
反射基底需要同时具备太阳光和热辐射的反射性，因为我们需要比较不同厚度水膜冷却器的冷却效果。为此，实验中采用了热蒸镀200 nm厚的银层涂覆硅片作为反射基底。盖板材料必须对可见光和红外光透明，以确保水的热辐射不受阻碍。氟化钡（BaF₂）满足这些要求，其在0.3至13 μm的光谱范围内具有很高的透过率（1 mm厚度的T400–760 nm为92.9%，T2.5–16 μm为96.7%）。此外，BaF₂通常不与水发生反应，是冷却器盖板的理想选择。虽然聚乙烯（PE）在中红外区域也具有相对较高的透明性且不与水反应，但其柔韧性无法确保水膜厚度的精确控制。而OCA的高粘附性能够有效密封水膜于BaF₂与镀银基底之间，防止水蒸发及蒸发冷却。
通过采用平面相干电磁辐射传播方法，可以对装置的光谱反射率进行评估，假设所有材料层均为分层结构。图1c所示，水对可见光高度透明，因此在给定厚度范围内可见光反射率几乎保持不变。在近红外区域，出现了1.45和1.93 μm两个吸收带。此外，在中红外范围（3–6 μm和6–13 μm）内观察到两个宽的反射率峰。根据光谱结果，计算得到的太阳光反射率和红外发射率如图1d所示。随着水膜厚度的增加，太阳光反射率下降，而红外发射率上升并在水膜厚度约为50 μm时趋于饱和。因此，为了在红外发射率不再增加的同时最大限度减少太阳光反射率，最佳水膜厚度应低于50 μm。水冷却器属于接近黑体的宽带型，因为其在整个红外光谱范围内具有接近于1的发射率。
通过综合考虑水冷却器的太阳光反射率、热发射率以及通过MODTRANS计算的大气透过率，我们求解了补充材料中的公式S1，以确定在特定天气条件下（水冷却器的稳态温度，空气温度为8 °C，相对湿度为40%，太阳辐射强度为600 W/m²，对流换热系数为8 W/m²·K）不同水膜厚度下的性能。结果如图1e所示，亚环境温差和冷却功率随着水膜厚度的增加，初期迅速上升，随后逐渐下降。这种趋势的初期增长是由于热发射率的增加，而随后的下降则归因于水膜更高的太阳吸收率。最佳水膜厚度约为20 μm，在此厚度下，水冷却器实现了6 °C的亚环境冷却和72 W/m²的最高冷却功率。过厚或过薄的水膜都会降低冷却性能。如图1e所示，在此天气条件下，厚度为20 μm的冷却器表现最佳，其温差比厚度为5或50 μm的冷却器约高1 °C。
图2
随后，制备了如图2a所示的水冷却器，并选择了三种不同的厚度（5、30和50 μm），具体取决于可用的间隔层。通过紫外-可见-近红外光谱仪（UV–VIS-NIR）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对样品进行了波长范围为300 nm到16 μm的光谱测量，如图2b所示。实验测量结果与理论预测高度一致。
