被动辐射冷却（PRC）在实现碳中和目标方面发挥着关键作用，但在建筑热管理的实际应用中仍然存在问题，包括过度冷却以及由太阳能吸收和热增益引起的冷却效率不理想。本研究通过结合相分离和冷冻干燥的制造策略开发了集成隔热和辐射冷却功能的氟化纤维素基复合气凝胶 (FCCA)。该材料使用P(VdF-HFP)促进FCCA中纳米/微孔结构的形成，导致气凝胶的导热系数降低至0.034 W m−1 K−1，将太阳反射率和红外发射率 提高至 95.74 % 和 97.15 %。气凝胶冷却器在白天实现了约 9.68 ℃ 的低于环境的冷却温度，即使在阴天也能保持其冷却效果。经过户外暴露和热老化测试后，氟化气凝胶表现出优异的疏水性和化学耐久性。相关工作以Robust fluorinated cellulose composite aerogels incorporating radiative cooling and thermal insulation for regionally adaptable building thermal management为题发表在International Journal of Biological Macromolecules期刊。
图1 FCCA的制备及特征
（a）纤维素基复合气凝胶(FCCA)的制备过程 （b）复合气凝胶中孔隙形成过程（c）热台温度为 50–200 ℃时FCCA的上表面温度Tu和下表面温度Tb（d）热台温度Ths与上下表面平均温差ΔTh的线性关系
（e）具有超轻性质的厘米级FCCA 数码照片(f)FCCA内部多孔结构 (g)微观结构的孔径分布(h)FCCA表面微观图像 （i）表面元素映射图像
图2 P(VdF-HFP) 含量对所得复合气凝胶微观结构和相关性能的影响
(a-c)FCA和 P(VdF-HFP)/FCA体积比为0.5 和 1 的气凝胶内部微观图像 （d）FT-IR光谱 （e）TGA曲线 (f)压缩应力-应变曲线
图3 FCCA的光学特性
（a）气凝胶的吸收率/发射率光谱与标准化空气质量（AM）1.5的太阳光谱和中红外大气透射率对比
（b）不同P(VdF-HFP)/FCA体积比气凝胶的太阳反射率Rsolar和大气窗口(ATW)发射率εATW
（c）Rsolar和 εATW 与已报道的基于纤维素的辐射冷却器的比较
（d-e）模拟在0.25-2.5μm波长内CA和P(VdF-HFP)基体中孔径从0.25-4μm变化的孔隙散射效率
（f）微米/纳米尺寸孔的散射机制
（g）孔隙率为13.1％至91.5％ (h)孔径为0.5至2μm （i）不同孔径分布的多孔结构的模拟反射光谱
（j）气凝胶高 ATW发射率的典型化学键
（k）气凝胶在面向天空的角度为0-80° 时测量的 εATW
图4 气凝胶冷却器的冷却性能
（a）气凝胶冷却器的能量流 （b,c）FCCA冷却器在白天和夜间的净冷却功率（d）用于冷却性能测量的自制室外装置 （e）5月在南京某晴天测量实时太阳辐照量 （f）晴天测试过程中的相对湿度和风速 (g)晴天24小时内样品的实时温度测量，绘制环境温度 (Tamb)以供参考 （h）样品低于室温的冷却温度 (ΔT)
图5 气凝胶冷却器的疏水性和耐用性
图6 气凝胶冷却器的节能潜力
(a)使用气凝胶冷却器作为建筑围护结构的建筑热管理示意图
(b)代表全球炎热气候区的 15 个典型城市每年的制冷节能情况
(c-d)模拟马累（年平均气温（Tair） ≈28.16 ℃）、南京（Tair≈15.79 ℃）和赫尔辛基（Tair≈5.18 ℃）不同材料集成的建筑模型热管理的能源消耗和节能效率
(e-g)模拟三座城市在不同气凝胶冷却器的厚度下的年供暖、制冷和总节能情况
小结：本研究设计了一种轻质多孔的含氟纤维素基气凝胶冷却器。该气凝胶采用相分离和冷冻干燥方法相结合的制造策略，通过加入P(VDF-HFP)提高气凝胶的中红外发射率，促进气凝胶内部连续多孔结构的形成，从而增强了气凝胶的力学性能，提高了太阳光反射率。这种隔热气凝胶可以反射95%的太阳辐射，其ATW发射率达到97%，在晴朗的日子里，亚环境温降为8.32◦C。由于气凝胶的分子级结构稳定性，这种辐射冷却性能已被证明在各种环境条件下都是可靠和持久的。该冷却器有望作为节能围护材料，在世界各地区实现高效的建筑热管理，在减缓全球变暖和追求全球碳中性方面显示出巨大的潜力。
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