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  冰雪在日常生活中起著重要的作用，從食物存儲、冰雪運動、到自然生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)估計，僅冷鏈?zhǔn)澄锎鎯σ豁椌拖牧渴澜珉娏Φ?1%，并產(chǎn)生了大約2.5%的溫室氣體排放。因此，開發(fā)不消耗能源的被動式抗融方案具有廣泛的需求和重大的意義。冰雪在太陽光下融化的原因主要是入射的太陽能與自身發(fā)射出去的紅外輻射項能流不匹配（圖1A 和1B）。被動式輻射制冷提供了一種平衡這兩項能流的新策略。但是將輻射制冷用于冰雪抗融，對于材料的輻射制冷性能、環(huán)境友好性以及材料來源豐富性等方面提出了極其嚴(yán)格的要求。

  近日，南京大學(xué)光熱調(diào)控中心的研究人員和合作者共同開發(fā)設(shè)計了一種具有多級結(jié)構(gòu)的環(huán)境友好的醋酸纖維素（CA）輻射制冷薄膜（圖 1C-F，圖2A-F）， 從實驗和理論計算兩方面證明了該薄膜可以有效的保護多種形式/尺度的冰，減緩其消融（圖2G-I、圖3、圖4）。研究成果以“Protecting ice from melting under sunlight via radiative cooling”在期刊《Science Advances》上發(fā)表。該工作也為進一步開發(fā)設(shè)計高效、可規(guī)模化生產(chǎn)、符合可持續(xù)發(fā)展要求的材料提供了重要的借鑒。

圖1. 具有多級結(jié)構(gòu)、環(huán)境友好的CA膜通過輻射制冷被動保護陽光下的冰。A）低/中和B）高緯度地區(qū)冰系統(tǒng)的能量傳輸過程。太陽輻射與中紅外發(fā)射是主要的能量輸入與輸出。兩項能流的不匹配造成了冰的融化。C-F）CA膜的多級結(jié)構(gòu)設(shè)計和生命周期。

圖2. CA 膜用于低/中緯度戶外冰凍食物保存。A)薄膜孔對于太陽光散射的理論分析。B）所制備薄膜的光學(xué)照片。C）所制備薄膜的SEM照片。D）太陽光反射譜和紅外發(fā)射譜。鋁箔、白紙、PET-Al-PE膜作為常用的食物包裝材料用作實驗對照。E）CA膜的輻射制冷性能。F）照片展示了所制備的CA膜被剪裁為一個便攜、可折疊的食物存儲袋。G）被不同材料包裹下冰凍食物的能量流。H）被不同材料包裹的冰凍食物的溫度曲線。I）被不同材料包裹的冰激淋經(jīng)過~80分鐘、~540 W/m²太陽光照射后的照片。CA膜提供了最好的保護效果。

圖3. CA膜對于冰和雪的保護。A）實驗裝置示意圖。腔室內(nèi)環(huán)境溫度控制在極地地區(qū)夏季氣溫附近。B）冰塊溫度對照。C）CA膜實現(xiàn)低于環(huán)境溫度的降溫。D）實驗照片記錄了冰塊經(jīng)過數(shù)天戶外曝曬后的形貌變化。E）冰塊的質(zhì)量衰減曲線。F和G）對于雪的保護效果展示。

 圖4. 對高緯度冰的保護（理論計算結(jié)果）。A）冰山（數(shù)十平方千米）厚度變化。B-D）地圖展示了施加與不施加CA膜海冰的含量（%）差異。黑色虛線標(biāo)記了施加區(qū)域的范圍。E和F）地圖展示了施加與不施加CA膜海冰反射率以及地表溫度（℃）的差異。

  原文鏈接：

  Protecting ice from melting under sunlight via radiative cooling

  JINLEI LI , YUAN LIANG , WEI LI , NING XU , BIN ZHU , ZHEN WU , XUEYANG WANG , SHANHUI FAN , MINGHUAI WANG , AND JIA ZHU 

  SCIENCE ADVANCES 

  https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj9756