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纤维素基日间辐射制冷材料

江秀霜 ,  王俊明 ,  刘宏治

化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (5) :724-742

PDF (4865KB)
化学进展 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (5) :724-742 DOI: 10.7536/PC240612
综述与评论
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纤维素基日间辐射制冷材料

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Cellulose-Based Daytime Radiative Cooling Materials

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摘要

随着人们生活质量的提高和环保意识的加强，“绿色”环保的纤维素材料因其在中红外波段具有高发射的特性和多尺度结构可调控性的优势在日间辐射制冷领域颇受瞩目。本文介绍了辐射制冷材料的分类与优缺点、辐射制冷的原理及其影响辐射制冷性能的因素，着重综述了纤维素基日间辐射制冷材料的分类、研究现状及其辐射制冷性能，并总结了纤维素基日间辐射制冷材料在建筑热管理、人体热管理、光伏冷却及低温贮运四个主要应用领域的研究进展，最后探讨了对目前研究中存在的挑战，并对该领域未来的发展方向进行了展望。

Abstract

With the improvement of living standard and heightened awareness of environmental protection，renewable and environmentally friendly cellulose materials have attracted much attention in the field of daytime radiative cooling due to their high mid-infrared emissivity and the advantages of tunability of hierarchical structure. In this review，the classification，advantages/disadvantages of radiative cooling materials，the principles of radiative cooling，and the factors influencing their performance are introduced. The classification，state of the art as well as radiative cooling properties of cellulose-based daytime radiative cooling materials are elaborated. The recent progress in the four main application areas including building thermal management，personal thermal management，photovoltaics and low-temperature storage/transportation are summarized. Finally，the existing challenges in the current research are discussed and the future development in this field is also envisaged.

Contents

1 Introduction

2 Radiative cooling

2.1 Principles

2.2 Influencing factors

3 Cellulose-based daytime radiative cooling materials and classification

3.1 Natural cellulose-based materials

3.2 Cellulose derivatives-based materials

3.3 Bacterial cellulose-based materials

4 Application fields

4.1 Building thermal management

4.2 Personal thermal management

4.3 Photovoltaics

4.4 Low-temperature storage/transportation

5 Conclusion and outlook

Graphical abstract

关键词

日间辐射制冷 / 纤维素 / 纤维素衍生物 / 纳米纤维素

Key words

daytime radiative cooling / cellulose / cellulose derivatives / nanocellulose

引用本文

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江秀霜, 王俊明, 刘宏治. 纤维素基日间辐射制冷材料[J]. 化学进展, 2025, 37(5): 724-742 DOI:10.7536/PC240612
Xiushuang Jiang, Junming Wang, Hongzhi Liu. Cellulose-Based Daytime Radiative Cooling Materials[J]. Progress in Chemistry, 2025, 37(5): 724-742 DOI:10.7536/PC240612

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1 引言

近年来，随着生活水平的提升，人们愈来愈依赖冷却技术（如空调）。然而，冷却技术的大量应用加剧了地球能源的消耗，同时诸如臭氧层破坏、空气污染及全球变暖等环境问题也日益严峻[1-3]。据统计，建筑物的能源消耗量占全球能源消耗总量的30%以上，其所排放的温室气体量占全球温室气体排放总量的10%[4]；全球40%食物需要冷链贮运，而冷链消耗了全球11%的电力，并产生了全球约2.5%的温室气体[5]。因此，迫切需要探索一种零能耗、零排放的新型制冷技术以满足国民经济发展和人们日常生活的需要。

被动辐射制冷是一种在不需要任何能量消耗情况下通过大气透明窗口（8~13 μm）向寒冷宇宙辐射多余热量以降低温度的策略[6-7]。近年来，被动辐射制冷材料在节能建筑[8-10]、个人热管理[11-17]、农场制冷系统[18]、光伏冷却[19]、热光电系统[20]以及食品保鲜[21-23]等领域中显示出巨大的应用前景。尽管被动辐射制冷材料在增强中红外发射率和提高制冷能力方面取得了显著的进展，但是由于材料在白天对太阳辐射的吸收会抵消其红外辐射的制冷量，日间辐射制冷材料的研发与应用仍面临巨大挑战[24-25]。

日间辐射制冷材料既能经大气透明窗口向寒冷宇宙辐射热量又能反射波长范围在0.3~2.5 μm的太阳光，是一类能够实现全天候自发制冷的新型功能材料[26]。它削弱了传统被动辐射制冷材料因白天吸收太阳辐射而对其红外辐射制冷量的抵消作用，在辐射制冷领域具有更广阔的应用前景，成为目前国内外研究热点之一[27-30]。

目前，国内外学者已研发出诸如无机非金属类[26,31-32]、多孔聚合物型[15,18,33-35]、聚合物-无机非金属复合型[36-37]、聚合物-金属复合型[38]、聚合物-无机非金属-金属三元复合型[39-40]等类型具有日间辐射制冷能力的材料。表1总结了上述各类典型日间辐射制冷材料的辐射制冷性能和优缺点。

虽然上述材料展现出较好的冷却性能，但是也存在原料成本高、使用后难降解等缺点。纤维素作为自然界中储量最丰富的天然高分子材料，具有原料来源广泛、可再生、可生物降解、多尺度结构易于调控等优点，并且其分子结构在大气透明窗口波段能发生振动使其具有一定的辐射制冷潜力[41-42]。基于经济性和环保优势的考虑，研发纤维素基日间辐射制冷材料对可持续发展战略和“双碳”目标的实施具有重要意义。

近年来，纤维素基日间辐射制冷材料发展迅速[43-46]，目前已有部分学者对纤维素基辐射制冷材料研究进展进行了相关阐述和总结[47-48]，但从材料来源角度对纤维素基日间辐射制冷材料进行合理分类，并系统总结它们的化学结构和微纳尺度结构对辐射制冷性能影响的综述尚未见报道。为此，本文首先介绍了辐射制冷原理和影响辐射制冷性能的环境与材料因素，然后着重从纤维素基材料来源角度阐述了纤维素基日间辐射制冷材料的分类及其对其辐射制冷性能影响方面的研究进展，并对其主要应用领域的研究现状进行总结，最后对当前纤维素基日间辐射制冷材料研究存在的问题和发展方向进行了探讨和展望。

2 辐射制冷

2.1 原理

热辐射是自然界中普遍存在的一种现象，任何温度大于绝对零度的物体都会不断向外辐射热量。具有6000 K高温的太阳是最重要的热源，而温度在3 K左右的外太空则代表了最终的散热器，地球表面的辐射过程如图1a所示[49-50]。在300 K的平均环境温度下，地表和大气层吸收太阳辐射的同时，也会通过热辐射将多余热量散发到寒冷外太空以保持其热平衡，这两者之间的平衡决定了地表的平均温度[7,24]。

地球大气一种是由几种气体（主要是N2、O2、CO2及水蒸气）混合得到的半透明介质，可以吸收、发射及散射热辐射[55]。由于大气气体的散射和吸收作用，太阳辐射和地表红外辐射在经过大气层时大多会被吸收和散射，但是这些气体几乎不吸收8~13 μm之间的长波热辐射，故该波段的热辐射可通过大气层直接进入外太空，该波段即大气透明窗口波段（也称第一大气窗口）。大气透明窗口是高度透明的，表现出明显的光谱选择性，它的形成归因于各类气体的综合作用[55]。在约为300 K的环境温度下，大气透明窗口与黑体辐射谱的峰值波长（9.7 μm）相吻合，并与黑体辐射谱有非常大的重叠，可实现辐射传热的最大化。因此，地球上任何一个面向天空的物体都可以通过大气透明窗口向宇宙辐射热量，从而降低自身温度[56]。

辐射制冷过程是一个热平衡过程，在这个热平衡中给定温度下辐射制冷器的净制冷功率，是由辐射体表面产生的热辐射功率减去从入射的太阳辐射和大气热辐射中重新吸收的功率以及通过局部热传导和对流损失的功率而得到[26]。考虑到所有的热交换过程，辐射制冷器在白天（Pnet-day）和夜间（Pnet-night）的净制冷功率可以分别通过式（1）和（2）计算得出：

P n e t - d a y = P r a d - P a m b - P s u n - P c o n d + c o n v
P n e t - n i g h t = P r a d - P a m b - P c o n d + c o n v

其中， P r a d是辐射冷却器辐射出的功率， P a m b是在大气热辐射中重新吸收的功率， P s u n是辐射冷却器吸收的太阳能功率， P c o n d + c o n v是因对流和传导而损失的非辐射功率。它们的计算表达式分别如式（3）~（6）[50]所示：

P r a d = ∫ d Ω c o s θ ∫ 0 ∞ d λ I B B ( λ , T r ) ε ( λ , Ω )
P a m b = ∫ d Ω c o s θ ∫ 0 ∞ d λ I B B ( λ , T a ) ε ( λ , Ω ) ε a m b ( λ , Ω )
P s u n = ∫ 0 ∞ d λ I A M 1.5 ( λ ) ε ( λ , 0 )
P c o n d + c o n v = q ( T a - T r )

其中， ∫ d Ω = 2 π ∫ 0 π / 2 d θ s i n θ是半球积分， ε ( λ , Ω )代表辐射制冷器的辐射率，根据基尔霍夫辐射定律，可以用辐射制冷器的吸收率来代替。

大气的辐射率由 ε a m b ( λ , Ω ) = 1 - t ( λ ) 1 / c o s θ给出。其中， t ( λ )为天顶方向的大气透过率。式（5）中太阳光照用 λ I A M 1.5 ( λ )表示。假设制冷器朝向太阳（ θ = 0），则 P s u n项不具有角度积分，制冷器的辐射率由其在天顶方向的值表示。 T r为辐射冷却器表面温度， T a为环境空气温度， q = q c o n d + q c o n v为热传导和热对流引起的非辐射传热系数。一些关于辐射冷却的报告表明，若要有效抑制非辐射传热， q值的范围应为2~6.9 W/m2·K[50]。

2.2 影响辐射制冷性能的因素

2.2.1 环境因素

首先，太阳辐射是影响材料制冷效率的关键因素。太阳辐射带来的热量不容忽略，只有当辐射体向外辐射的热量比它吸收太阳光和大气热辐射所获得的热量多时，该辐射体才能实现日间辐射制冷。

其次，物体主要通过大气窗口向外太空辐射热量，因此大气窗口的透过率对辐射制冷效果有直接影响。大气窗口的透过率受诸多环境因素的影响（如空气湿度、地理位置、云层覆盖量等）。其中，空气湿度是影响日间辐射制冷效果的一个重要因素。在干燥的环境中，大气窗口不但在λ=8~13 μm处打开，而且在λ=16~25 μm（该波段称为“第二大气窗口”）处也打开从而有效实现热辐射。然而，在潮湿的环境中，由于水汽的红外吸收，降低了大气窗口的透明度，导致材料制冷性能变差[57]。

2.2.2 材料因素

根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，黑体在单位时间单位面积发射出总能量如式（7）所示：

P = ɛ A σ T 4

其中，P为总发射功率，A为发射体的表面积，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T为发射体表面的温度，ε为发射体的平均发射率，对于理想的发射器，ε应等于1（如图1b）。

当光线通过一个物体（λ）时，物体对光的作用分成三类：反射、透射和吸收，反射率（ ρ λ）、透射率（ τ λ）及吸收率（ α λ）之间的关系如式（8）所示：

ρ λ + τ λ + α λ = 1

根据基尔霍夫定律，在一定的条件下，任何材料的发射率值（ελ）都与其吸收率值（ α λ）相同，即如式（9）和（10）：

α λ = ε λ
ε λ = 1 - ρ λ - τ λ

基于上述理论，在相同环境条件下，材料的辐射制冷效果取决于其表面辐射特性。对于日间辐射制冷，为了热量有效通过大气透明窗口释放到宇宙中，材料不仅要在大气透明窗口波段产生强烈的热辐射，还要在整个太阳光谱范围内具有近零的吸收率以抵消太阳光的加热作用[7]。若要有效实现日间辐射制冷，该辐射体通常应反射至少90%的入射太阳光[26]。目前用于日间辐射制冷领域的基体材料主要包括具有高折射率和高红外发射率等特性的无机纳米材料（如二氧化钛、二氧化钒、碳酸钙、二氧化铪及硅化物等）和在中红外波段具有高吸收官能团的聚合物材料。图2中总结了红外波段常见的高吸收官能团。

研究发现[58]，空心结构的纳米粒子更有利于太阳光的多重反射和散射，并且宽尺寸分布的纳米粒子可在更宽的波长范围内散射太阳光，从而产生更高的反射率。

对于具有中红外波段高吸收官能团的聚合物而言，其太阳反射率很大程度取决于其微观结构（即聚合物的聚集态结构或超分子结构）。为了设计兼具高太阳反射率和中红外发射率的聚合物日间辐射制冷材料，文献主要采用了如下三种策略：（1）向聚合物基材中添加具有高折射率和高红外发射率的无机纳米粒子；（2）设计具有双层结构的聚合物-金属复合型材料；（3）构建具有多孔结构的聚合物材料。其中，孔径与孔隙率对多孔材料辐射制冷特性有显著影响。时域有限差分（FDTD）模拟[58]证实，大量尺寸为2~5 μm的微孔能够有效反射太阳光，并且兼具微纳尺度的多级孔结构可在更宽波段范围内散射太阳光，故在相同厚度下较单一孔径结构具有更高的太阳反射率。

目前，文献报道的用于制备多孔型纤维素基日间辐射制冷材料的方法主要有相分离法（图1c）、冰模板法（图1d）、静电纺丝法（图1e）及球磨法（图1f）。其中，相分离法是目前制备多孔型纤维素基日间辐射制冷材料的最常用方法。表2对比了各类多孔型纤维素基日间辐射制冷材料制备方法的优缺点。

3 纤维素基日间辐射制冷材料及分类

纤维素是一种由葡萄糖单元通过β-1，4-糖苷键连接而成的多糖。它广泛存在于植物细胞壁中，是自然界中储量最为丰富的天然高分子。相比于合成类高分子，纤维素具有原料来源广泛、可再生、可生物降解以及易于改性等优点。此外，纤维素分子能在770~1250 cm-1波段间发生诸如C—O—H键弯曲、C—O键伸缩、—OH缔合及—CH2摇摆等基团振动，能在大气透明窗口波段产生强烈发射，因此是一种极具开发价值的环境友好型辐射制冷材料[59-60]。目前，国内外学者主要通过设计纤维素基材料多层级结构和与其他无机材料复合等策略提高纤维素基材中红外波段的辐射率并降低其对太阳光的热量吸收，赋予全天候辐射制冷的性能[61]。

根据基体材料的来源，目前文献报道的纤维素基日间辐射制冷材料可分为天然纤维素基辐射制冷材料、化学合成纤维素衍生物基辐射制冷材料、细菌合成纤维素基日间辐射制冷材料三大类。

3.1 天然纤维素基日间辐射制冷材料

按照天然纤维素纤维尺寸的差异，天然纤维素基日间辐射制冷材料所用基体原料主要包括本体天然纤维素材料（如脱除木质素的木材、竹材、农林剩余物和纸浆）和纳米化天然纤维素两大类。

3.1.1 本体天然纤维素基辐射制冷材料

众所周知，木材由木质素、纤维素及半纤维素组成。其中，纤维素和半纤维素是无色的，但含有大量芳香族结构的木质素通常颜色较深，因此会导致一定的热辐射吸收。针对上述问题，Li等[60]将完全脱除木质素的木材热压处理后制得了具有辐射制冷功能的致密化木材。由于该木材中纤维素的多层级结构和纤维间形成的微纳尺度孔道可作为无序的散射单元，能在可见光波段产生强烈的宽带反射，且纤维素的分子振动和伸展有利于强中红外发射，故该木材具有优良的日间辐射制冷能力。此外，该木材辐射冷却功率与环境温度成正比例关系（即材料外表面温度越高，辐射制冷功率越高），夜间和日间的辐射冷却功率分别为63 W/m2和16 W/m2，且平均温度的降幅可分别超过9.0 ℃和4.0 ℃。此外，由于去除木质素后纤维素纳米纤维在生长方向上暴露的羟基间氢键作用面积增加，该冷却木材显示出优良的力学强度和韧性，分别是天然木材抗拉强度和韧性的8.7和10.1倍。

为了详细探究木材中木质素含量对其热辐射性能的影响规律，She等[62]将杨木纵向切片浸泡于NaOH/Na2SO3混合溶液中进行预处理，然后用煮沸的H2O2溶液浸泡来调控木片中的木质素含量。研究发现，H2O2溶液浸泡时间越长，木片中的木质素含量越低。由于脱除了木材中无定形的木质素组分及其纤维素微纤的定向排列作用，其平均太阳反射率和日间辐射冷却功率密度随木质素含量降低而提高，但中红外发射率和夜间辐射冷却性能无明显变化（如图3a所示）；当木质素含量为0.94 wt%，脱除木质素后木片的制冷功率达到了20.39 W/m2，白天和夜间的平均温度可分别下降2.60 ℃和3.81 ℃，从而获得全天候的辐射制冷性能（如图3b所示）。

为了满足多元的审美需求，Chen等[63]将脱木质素后的木材纤维以CoCl2⋅6H2O、NiCl2⋅6H2O及CuCl2溶液染色得到离子染色纤维素，并以之为基材，采用凝胶辅助和热压方法制备了离子染色冷却纤维素块体。由于在可见光和近红外范围产生的额外吸收，表现出不稳定且相对较低的太阳反射率。但离子染色冷却纤维素块体在大气透明窗口中的高发射率（~90%）在一定程度上缓解了着色结构带来的弊端，三种不同颜色的离子染色冷却纤维素块体在太阳照射下实现了2.2~3.9 ℃的温度降低。同时，其抗弯强度和冲击韧性分别达到111 MPa和79.8 kJ·m-2。

与木材相比，竹子具有生长快、再生能力强等特点，是一类颇具潜力的生物质材料。Piao等[64]将竹材脱木素和致密化后得到的竹纤维与由十二烷基硫酸钠和硅烷偶联剂（KH570）改性得到的纳米SiO2组装成三维网络块体，制备出一种可全天候辐射制冷的有机-无机杂化材料。由于SiO2独特的声子振动模式和纤维素的光学散射特性，制备的杂化材料具有高太阳光反射率和中红外发射率；该材料力学强度达270.1 MPa，较大多数结构材料具有更高的比强度，白天和夜间可分别达到平均3 ℃和2 ℃的亚环境温降。

廉价、丰富的农林剩余物具有与木材类似的多级结构，若能利用这些农林剩余物替代木材作为原料制备辐射制冷材料，不但能降低纤维素基日间辐射制冷材料的原料成本，而且有望为前者开辟出高值化利用的新途径。Chen等[65]将SiO2粉末与由农林剩余物中提取的木纤维悬浮液按一定质量比混合研磨后，用煮沸的H2O2溶液对其进行脱木素处理，最后经热压得到一种具有辐射冷却功能的高性价比结构材料（图4）。该材料的力学强度和韧性分别是纯木纤维块体的8.7倍和10.1倍，且其白天和夜间的亚环境温降分别可达6 ℃和8 ℃。

此外，Zhang等[66]先利用木质素吸热的特性将来源于木材废料的纤维素和木质素加工成凝胶，然后层压制成了一种具有双模式热管理的结构材料。该材料的纤维素表面（冷却侧）能够后向散射太阳辐射和发射红外辐射，而木质素表面（加热侧）主要通过非辐射跃迁释放能量来吸收可见光和近红外光，因此其可以通过简单地翻转在白天实现低于环境温度6 ℃的制冷效果和高于环境温度27.5 ℃的加热效果。值得注意的是，该双模态模式热管理材料也表现出优异的机械强度，其抗弯强度达到102 MPa。

上述天然纤维素基日间辐射制冷材料“自下而上”（Bottom-up）的制备方法存在生产效率较低、难以大规模制造等缺点。若能将工业化造纸技术应用于纤维素冷却纸的制造，有望大规模降低纤维素冷却纸的生产成本。Zhu等[67]将蒸气软化后的木片依次经机械磨浆-筛分/清洗-喷雾漂白处理后，进一步风干得到冷却纸。该工艺制得的冷却纸平均制冷功率可达33.2 W/m2，太阳反射率为89.8%，表现出良好的日间辐射制冷性能。

Sun等[68]采用成熟的制浆造纸工艺制成一种由纤维素纤维和纳米羟基磷灰石（HA）构成的冷却纸。由于纤维素纤维和纳米HA的化学和结构特性，该冷却纸在大气透明度窗口具有~94%的高太阳反射率和~95%的中红外发射率，在太阳直射时可以实现低于环境温度5.4 ℃的降温效果。此外，纤维素纤维和纳米HA之间的氢键、吸附及交织行为的相互作用赋予了材料解构能力，该冷却纸可回收再利用，回收原料所制备的冷却纸与原始冷却纸具有相近的辐射制冷性能。

由于纳米ZnO具有超高的折射率（接近2），故常被用于提高纤维素基材料的太阳反射率。Zhao等[69]首先通过原位生长法制备了超疏水ZnO纳米棒@纤维素的复合膜，然后经月桂酸钠疏水改性处理后，得到了具有自清洁功能的纤维素基日间辐射制冷材料。ZnO纳米棒均匀沉积在定性滤纸上，提高了后者的中红外发射率。由ZnO纳米棒组成的多孔草簇状结构具有大量微孔，其直径接近可见光谱的平均波长从而进一步提高可见光反射率，其可见光反射率和中红外发射率分别达到93.6%的和84.1%，覆盖该膜的房屋模型在模拟实验（使用红外光直接照射）中可以实现低于环境温度~5 ℃的降温效果。

Zhang等[70]使用纳米ZnO颗粒对无尘纸的纤维网络进行改性，得到了一种兼具日间辐射冷却、超亲水及超疏油特性的柔性纳米纸（ZnO-DF）。湿态ZnO-DF纸在辐射制冷和水分蒸发的协同作用下可获得约5.6 ℃的制冷效果，其表面油接触角高达159°，水接触角<0°，有望用于集被动辐射冷却与相变冷却（如汗液蒸发）等功能于一体的可穿戴产品。

3.1.2 纳米化天然纤维素基辐射制冷材料

与本体天然纤维素基辐射制冷材料相比，纳米化天然纤维素不仅保持了天然纤维素固有的特性，还具有更长的纤维长径比、更大的比表面积、优异的力学性能以及独特的光学性能，预计在辐射制冷领域具有更为广阔的应用潜力。纳米化天然纤维素根据制备方法和微纤形貌的不同，又可分为以下两类[71-74]。

（1）纤维素纳米晶体（CNC），又称纤维素纳米晶须（CNW）或纳晶纤维素（NCC）。CNC是通常通过酸水解去除动植物纤维素原料中无定形区并保留结晶区而得到的直径在3∼50 nm、长度在100∼250 nm（植物源纤维素）或100 nm到几微米（海鞘纤维素）之间的刚性、棒状纳米晶体。CNC具有高结晶度、高杨氏模量、低膨胀系数及液晶性等特点。

（2）纤维素纳米纤维（CNF），也称微纤化纤维素（MFC）或纳纤化纤维素（NFC）。CNF是通过机械拆解分离纤维素浆料得到的一种直径在3∼100 nm、长度可达几微米的高长径比纳米微纤丝。由于在机械拆解分离过程中纤维素交替排列的无定形区和结晶区均得以保留，呈现出纤丝无规缠结的网状形态。与CNC相比，CNF结晶度较低、力学韧性更佳，更适宜制备柔性膜材料或气凝胶。CNC与CNF不同特性间的差异如表3所示。

3.1.2.1 CNC基辐射制冷材料

受“砖-砂浆”结构的启发，Sun等[75]通过CNC与纳米氧化锆（ZrO）掺杂，开发了具有超高力学强度和优良力学柔韧性的纳米纤维素基日间辐射制冷材料。其中，CNC构建交织框架（作为砖结构），无机纳米粒子均匀地位于骨架中（作为砂浆结构）。由于机械制浆引起足够多的化学官能团的暴露（如C—O—C和C—O）和大量Zr—O单键的引入强化了材料中红外波段的宽带光谱发射，赋予其较高的太阳反射率（>96%）和中红外发射率（>90%）；在室外测试中测试表面低于环境温度8.8 ℃，甚至在正午太阳辐射强度为640 W/m2时，仍能达到6.6 ℃。

现有材料大多为白色或银白色表面，无法满足人们多元的审美需求。若向日间辐射制冷材料中加入传统着色剂（如染料和颜料），这些助剂吸收的热量会抵消了材料本体的辐射冷却效应[76]。CNC是一种具有天然手性的纳米棒状材料，能够自发地组装成左旋的胆甾型液晶，从而得到具有结构色的辐射制冷材料[77]。Ravi等[76]利用了CNC自组装成螺旋结构的能力，制备了具有结构色的高辐射低吸收薄膜，并通过添加不同量的葡萄糖来调节自组装薄膜的颜色。三种颜色的薄膜均具有较低太阳光吸收率（<5%），并能使硅衬底达到低于环境温度9 ℃的降温效果。

Zhu等[78]通过将CNC薄膜涂覆在多孔EC基底层上制备了CNC-EC复合薄膜，具有结构色的同时，还实现了对太阳光高度反射（图5）。该复合薄膜不但可以保持较低的太阳光吸收率（≈3%）和较高的中红外发射率（>90%），而且可通过卷对卷（roll-to-roll）工艺规模化制造[83]。

传统的CNC辐射制冷材料易受到外界灰尘的污染，导致日间制冷效率下降。为了克服外界环境对材料日间制冷性能的不利影响，Cai等[79]采用冷冻铸造-热压工艺开发了CNWs/ZnO复合气凝胶薄膜。由纤维素和MTMS化学交联形成的Si-O-C键能同时提高薄膜表面的疏水性能和中红外发射率，且均匀分散的ZnO纳米粒子和材料的多孔结构可实现高宽带太阳反射，因此该薄膜表现出优异的太阳反射率（97%）和中红外发射率（92.5%）；在阳光直射的炎热天气状况下，其测试表面温降能够达到6.9 ℃。此外，该薄膜的粗糙表面赋予其良好的疏水性（水接触角：133°）。

虽然CNC薄膜的结构色可以通过调节葡萄糖含量进行调控，但是葡萄糖和亲水性CNC皆对环境湿度变化很敏感，高湿环境会使CNC螺旋结构和螺距变化，从而导致CNC基辐射制冷材料失效，因此需要避免其在不同环境条件下结构色发生变化。受植物叶片外角质层启发，Anusuyadevi 等[80]发现在CNC/葡萄糖薄膜（CNC/GLU）薄膜表面覆盖合成角质层（羟基十六烷酸-甘油共聚物）后，CNC/GLU薄膜的水蒸气渗透率从2.1×107 g·μm·m-2·day-1·atm-1降至12.3×104 g·μm·m-2·day-1·atm-1，显著延长了其在高湿环境下的运行时间。

与其他合成高分子材料相似，长期的紫外线照射也会导致CNC基辐射制冷材料老化，从而致使其长期使用后冷却效果劣化。为此，Cai等[81]制备了一种具有超高太阳反射率（97.4%）和中红外发射率（94%）的CNC气凝胶光栅（CAG），兼具优异的辐射冷却性能和抗老化性能。得益于高效散射的可控微/纳米结构的超表面，CAG表现出超高宽带太阳光反射。同时，锚定在纤维素纳米晶体框架上的SiO2粒子本征声子振动和交联网络的分子振动模式使GAG具有高红外发射率。在户外测试中，CAG在阳光直射下可取得高达10.5 ℃的制冷效果，暴露在炎热的天气下6个月后仍能达到~9.4 ℃的制冷效果。

3.1.2.2 CNF基辐射制冷材料

Gamage等[59]通过结合CNF和微米尺寸SiO2颗粒制备了一种具有透明性可调、可见光吸收率低（<5%）及中红外发射率高（>90%）的超材料，该材料在正午太阳光照下能够实现低于环境温度2∼3 ℃的降温效果。

为了进一步提高CNF基辐射制冷材料的辐射制冷性能，Geng等[82]在冷冻干燥过程中使用三甲氧基硅烷（TMS）作为硅烷偶联剂交联CNF和聚乙烯醇（PVA），并添加纳米氧化锌（ZnO）和有机金属框架（MOF）来改善该泡沫的力学性能和太阳光反射能力，制备了一种双网络杂化纤维素泡沫。得益于ZnO和MOF的协同作用，所制得的杂化纤维素泡沫具有高达96.5%的太阳反射率和94%的红外发射率，在阳光直射下可获得7.5 ℃的制冷效果。此外，Chen等[83]通过LiCl交联构建了机械稳定且可生物降解的CNF气凝胶基辐射冷却器。其嵌套多孔结构的设计增强了内部反射和Mie反射，赋予材料较高的太阳反射率。此外，Li的引入在电子跃迁轨道上形成间隙轨道，从而降低了电子跃迁所需的能量，实现了高红外发射率。研究显示，该CNF气凝胶基辐射冷却器具有97%的超高太阳光反射率和91%的中红外发射率，炎热环境中可实现9.3 ℃的制冷效果。

Jaiswal等[84]利用热致变色材料（TC）与CNF结合，以实现温度驱动对CNF基冷却薄膜的自适应性。在CNF膜中掺杂由黑到白的TC颗粒，并在膜一侧选择性地涂覆一层薄的银层。薄膜的光学性质在22 ℃发生快速转变，在转变温度以上转变为透明。该复合材料在明亮的日照期间可实现12 ℃的制冷峰值。表4归纳了上述天然纤维素基日间辐射制冷材料的辐射制冷性能。

3.2 化学合成纤维素衍生物基辐射制冷材料

微纳多尺度孔结构不仅有利于提高太阳光总散射效率，还能增加太阳光通过多次漫反射实现红外辐射的概率。已有研究证实，聚合物薄膜中的微孔和纳米孔隙在提高太阳反射率和中红外发射率方面有重要的作用[34]。相较于难溶难熔的天然纤维素，纤维素衍生物成型加工性更好，故更易制造出多孔薄膜，是一种颇具潜力的辐射制冷材料。目前，已报道的应用于辐射制冷领域的纤维素衍生物主要为乙基纤维素（EC）和醋酸纤维素（CA）。

EC是一种具有良好的热稳定性和化学稳定性、溶解性及力学强度等优点的纤维素乙基醚衍生物。Liu等[85]以乙醇/水（体积比1∶1）作为混合溶剂，通过相分离法制备了纳米BaSO4颗粒填充多孔EC的超白涂层。该涂层由于使用多孔EC作为基体并掺杂了具有高反射率的纳米BaSO4，表现出高达98.6%的太阳反射率和98.1%的中红外辐射率，在太阳辐射强度为~920 W/m2的条件下其表面温度相对环境温度可至少下降2.5 ℃。

CA是纤维素通过乙酰化反应制备的一种纤维素衍生物，具有良好的生物可降解性、疏水性及成膜性[23,86]。此外，得益于一些新化学键的引入（如C ̿        O键），CA具有比天然纤维素更高的中红外发射率，是颇具日间辐射制冷潜力的基材。Wei等[87]通过浸涂工艺在织物（商品名：Soalon）表面形成氧化铝-醋酸纤维素涂层（Al2O3-CA）。Al2O3的加入增加了纺织品和皮肤之间的热传导，随着Al2O3和CA的加入，该纺织品的太阳反射率从62.6%提高至80.1%；在实际人体冷却实验中，织物内表面温度可降低1.9∼3.3 ℃。为了使织物兼具冷却和加热效果，Xue等[88]在织物两侧分别涂覆具有冷却（CA@Al2O3）和加热（多壁碳纳米管）特性的涂料以制备具有多层结构的双模态热管理材料。多孔CA@Al2O3涂层（冷却侧）具有高达92.12%的太阳光反射率和83.22%的中红外发射率，净冷却功率可达55.85 WDIANm-2，多壁碳纳米管（加热侧）表现出较高的太阳能吸收率（88.4%）；与原布相比，该织物可实现4.58℃的额外降温和38.02 ℃的额外升温。

Zeng等[89]设计了一种可回收利用的双模态薄膜材料。该薄膜利用多孔的CA作为冷却侧的基材，得益于高太阳反射率（96.3%）和中红外发射（95.4%），其在炎热的环境下能达到8.5 ℃的降温效果。涂有炭黑（CB）的加热侧能达到20.9 ℃的加热效果，可通过翻转薄膜在冷却和加热之间轻松切换。此外，利用其组分的溶解度差异可以分离和提取薄膜组件，这些组件重新组合后得到的材料与原始材料相比，外观几乎没有变化。

由于孔隙具有较高的折射率，构建多孔结构可以有效提高太阳反射率[90]。为了探究薄膜厚度对材料辐射制冷能力的影响，Jaramillo‐Fernandez等[56]采用相分离法制备了两种厚度不同的三维无序网络形态的CA膜。厚度较大的薄膜有利于在红外线中轻松实现强发射率，同时提供隔热效果以最大限度地减少热传导损失，因此厚膜（300.0 μm）具有比薄膜（30.0 μm）更优异的辐射制冷性能（如表5）。

为进一步提升CA材料的太阳反射率，向CA基材中添加具有高折射率和高红外发射率的无机纳米粒子也是一种有效策略（图6a）。Xiang等[51]通过相分离法制备了一种一侧富含SiO2微球的CA基薄膜（3DPCA）。与传统的有机-无机杂化材料追求光学谐振器在聚合物基体中的均匀分散不同，该3DPCA薄膜富含SiO2的一侧通过大气透明窗口强烈地向寒冷的宇宙辐射热量，而由CA形成的三维多孔结构则有效散射了太阳光。该薄膜含3D多孔结构，表现出较高的太阳反射率（∼96%）和中红外发射率（∼95%），且其在白天和夜间的制冷效果可分别达到∼6.2 ℃和∼8.6 ℃。

此外，Chen等[91]通过相分离法（图6b）将具有更高折射率和中红外发射率的纳米TiO2掺入多孔CA基材中，制备出含纳米TiO2的CA基多孔薄膜（3DPCA/TiO2）。研究发现，该3DPCA/TiO2薄膜的辐射制冷性能与TiO2掺杂量有关（图6c）。当TiO2掺杂量为8.75 wt%时，由于许多~5 μm的孔隙和TiO2均匀分散在CA中，该复合薄膜降温效果最佳（太阳反射率和中红外发射率可分别达到97%和96%，在897 W/m2太阳辐射下可实现低于环境温度~10 ℃的降温效果）。Liu等[92]利用相分离法将CA和Si-Al无机聚合物颗粒转化为规则的3D网络。归因于规则设计的3D多孔结构以及无机聚合物粉末（Si—O、Si—O—Al和Al—O—P）和CA中独特的化学键，薄膜的太阳反射率和中红外发射率均得到增强，其太阳反射率和中红外发射率分别可达98%和83%，夜间和日间的制冷效果分别可达2.38 ℃和6.56 ℃。

然而，构建的多孔结构在一定程度上会增加材料的不稳定性。此外，纤维素衍生物基辐射制冷材料的颜色在长期紫外线照射下会发生变化（从白色到黄色），导致纤维素基日间辐射制冷材料失效。针对上述问题，Cai等[93]通过相分离法制备了一种具有微纳多级孔结构的新型CA基复合薄膜（CCF），同时用球磨技术得到的TiO2@钛酸钾改善该材料的光学、力学性能及抗紫外线性能（图7）。由于气孔/纤维素界面的多重散射和纤维素复合体系中的独特的化学键（C—O—C、C—O、Ti—O），CCF表现出优良的日间辐射制冷效果，其太阳反射率可达97.6%，并且在紫外线测试720 h后仍可保持恒定。

通过掺杂无机纳米颗粒和构造多孔结构具有相对较高的成本。为此，Zhang等[94]用廉价的CA和硅酸钙（CaSiO3）为原料，通过简单的相转化法制备了新型CA/CaSiO3薄膜。该复合薄膜具有新颖的树突状细胞结构和优异的辐射冷却性能，其太阳反射率和中红外发射率分别可达97.3%和97.2%，可实现7.3 ℃的降温效果。

纤维素衍生物基辐射制冷材料通常为白色或银色等单一颜色，因此限制了其美学应用。Wang等[53]使用一种可扩展的静电纺丝/喷墨打印工艺制备了基于量子点光致发光的彩色辐射制冷材料以实现亚环境全色制冷。虽然图案的颜色对辐射制冷性能有一定影响，但是绿色、黄色及红色图案在太阳辐照度峰值>740 W/m2时均能实现在日间低于环境温度2.2∼5.4 ℃的降温效果。

针对普通的纤维素衍生物基辐射制冷材料韧性欠佳、无法成型为复杂形状的缺点，Cai等[95]通过溶液共混的方式引入热塑性聚氨酯（TPU）和具有增强红外发射效果的羟基磷灰石纳米棒，成功构建了具有良好柔韧性的CA/TPU聚合物薄膜。该复合膜具有不对称的珊瑚形孔隙，增强了阳光在孔径中的散射，表现出97.26%的高太阳反射率和97.22%的高中红外发射率，既保留了CA优异的光学性能，又保留了TPU的力学性能，实现了辐射制冷性能和力学韧性的集成化。表6归纳了上述纤维素衍生物基辐射制冷材料的辐射制冷性能。

3.3 细菌合成纤维素基日间辐射制冷材料

细菌纤维素（BC），又称细菌纳米纤维素（BNC）。BC是以低分子量糖类等有机物为碳源，通过微生物（如醋酸杆菌、根瘤菌和葡萄糖醋酸杆菌等）发酵合成的无规条带状微纤（直径：20∼100 nm，长度：>100 μm）缠绕成网状形态的纳米纤维素材料。

受自然界生物皮肤表面结构的启发，Zhao等[96]依次通过溶剂置换-冷冻干燥-疏水化改性-浸涂工艺，制备了一种集辐射冷却和蒸发冷却功能于一体的疏水双层凝胶（BC气凝胶/聚乙烯醇水凝胶）。该双层凝胶表现出较高的太阳反射率（98.8%）和中红外发射率（86%），用其覆盖屋顶可以获得高达16.4 ℃的制冷效果。

Shi等[97]利用SiO2微球与纤维素带状纤丝（由木醋杆菌分泌）在原位培养过程中缠结的特性制备了BC基辐射制冷薄膜（Bio-RC）。该薄膜显示出较高的太阳反射率（95.3%）和中红外发射率（93.4%），将其用于太阳能电池后取得了优良的辐射制冷效果。此外，Shi等[98]将BC基辐射制冷材料用于人体热管理，报道了兼具制冷和加热功能的双模式BC基Janus材料（J-BC）。该材料在制冷模式和加热模式下均具有出色的表现。在白天实现低于环境温度~3.8 ℃的制冷效果和高于环境温度~14.2 ℃的加热效果。

为解决BC基辐射制冷材料因水性或油性污染物污染而导致的辐射冷却性能劣化问题，Wang等[99]依次通过硅烷改性和单向冷冻铸造工艺制备出M-BC/BaSO4复合材料。该复合材料的平均太阳反射率为97.75%，平均中红外发射率为95.74%；且其表面水接触角和油性接触角分别为154°和145.5°，自清洁前后的辐射制冷性能变化不大。此外，Zhong等[100]以BC为材料骨架，改性BaSO4作为功能颗粒，氟化物涂层作为疏水改性剂，依次通过冷冻干燥-喷涂工艺开发出BC/BaSO4气凝胶材料。该复合气凝胶不但表现出较高的平均太阳反射率（95.6%）和中红外发射率（98.1%），而且兼具良好的表面疏水性和疏油性（水接触角：~151°，乙二醇接触角：~141°，正十六烷接触角：~139°）。表7归纳了上述纤维素衍生物基辐射制冷材料的辐射制冷性能。

4 应用领域

纤维素基日间辐射制冷材料因前述诸多优势而具有广阔的应用前景，这部分将着重对纤维素基日间辐射制冷材料在建筑节能、个人热管理、光伏冷却、低温贮运4个主要领域的应用进展进行综述。

4.1 被动式建筑节能

建筑供冷对人体舒适性、特殊物品的储存、高端仪器的正常使用都有重要影响。其中，纤维素由于具有良好的力学性能、高太阳反射率和红外发射率、“绿色”环保、来源广泛等多种内在优势，在建筑节能领域备受瞩目。因此，研发纤维素基日间辐射制冷材料对于建筑节能具有至关重要的意义。

天然木材成本低廉且来源丰富，数千年来一直被用作建筑材料。同时，天然木材具有的多层级结构和优异的隔热性能使其成为颇具潜力的节能建筑材料。但其机械性能欠佳限制了其应用。为此，Song等[101]发现去除部分木质素可以很大程度改善木材的力学性能，解决了木质纤维素基复合材料力学性能欠佳的问题。随后Chen等[102]制造了一种超高比强度的复合材料，其比强度是改性木质纤维素基材料的1.8~4.4倍，超过大多数天然结构材料和一些金属及合金，证明了纤维素基材料用于建筑的可行性。

除了直接使用天然生物质纤维素（来源于天然木材和农业残渣）改性得到建筑辐射制冷材料之外[60,103]，近期还涌现了许多功能丰富的纤维素基建筑材料（如超白涂层、气凝胶等），它们都拥有良好的辐射制冷能力，但未经疏水改性处理的纤维素基辐射制冷材料稳定性欠佳。考虑建筑材料需要具有稳定的辐射制冷性能，因此设计和制备具有稳定微观结构和自清洁性能及低成本的纤维素基辐射制冷材料具有重要意义。Tian等[104]通过喷涂工艺将聚四氟乙烯（PTFE）微粒嵌入纤维素纤维的微米级孔隙，构建了超疏水双层结构。该PTFE/纤维素涂层具有良好的辐射制冷和自清洁性能；在太阳辐照度为834 W/m2时，其表面温度能达到5℃的降幅，在太阳辐照度为671 W/m2时，其辐射制冷功率为104 W/m2。此外，该材料在浸水试验中显示出良好的防水性能，并在诸多恶劣环境试验（如紫外线照射、雨水冲刷、低温和高温暴露、高湿度暴露及机械磨损等）下光学性能和自清洁性能仍保持稳定。

气凝胶作为具有低导热系数和多孔结构的超轻材料，可以最大限度地减少太阳辐射的寄生吸收，并提供隔热以减少环境的热量增益，因此备受建筑行业关注。Cai等[52]通过化学交联和单向冷冻铸造工艺制备了一种新型的可调、隔热及可压缩的CNC基气凝胶型冷却器。该气凝胶分级有序的纳米多孔结构有效提高了太阳光散射效率，在阳光直射下可以实现9.2 ℃的表面温降，即使在炎热、潮湿和易变的极端环境中也能实现~7.4 ℃的降温效果（相对湿度为70%）；通过调控该形状记忆气凝胶的压缩比，可以实现其冷却性能的调节。此外，与中国传统建筑的制冷能耗相比，其制冷能耗降低了35.4%。

纤维素气凝胶较低的力学强度是其应用于建筑结构材料的挑战。通常使用添加无机材料的方式来提高纤维素气凝胶的力学强度，但无机材料不能完全降解，影响了材料的可持续性[105]。Zhong等[106]通过高压静电场辅助组装策略制备了一种生物启发的分级结构纤维素气凝胶（HSCA）（如图8）。得益于纤维素纳米纤维原位组装形成的有序分级多孔网络微结构，HSCA具有优异的日间辐射制冷性能和力学强度；其轴向压缩强度为1.9 MPa，最大冷却温度可达7.2 ℃，疏水改性的HSCA在室外放置3个月后，冷却性能无明显下降；建筑节能模拟实验显示，采用HSCA作为建筑侧墙和屋顶，可节省52.7%的建筑基准制冷能耗（中国）。

为了实现建筑加热和冷却功能的集成，Janus材料这一新兴概念引起了人们的广泛兴趣。Janus材料两侧高度不对称的性质可赋予其不对称的红外辐射特性，从而使可控热辐射成为可能，因此在被动式建筑节能领域极具前景[107]。

Yang等[108]通过冰模板法制备了Janus型Mxene-CNF气凝胶。该复合气凝胶具有低密度、高孔隙率以及优异的力学强度等优点，用作智能屋顶时可通过切换不同表面层实现被动辐射制冷和加热。当气凝胶的CNF层暴露在外时，可实现太阳光的高度反射。当以高吸收率和低红外发射率的MXene-CNF复合层作为外层时，可有效地将太阳光转化为热能，且CNF内层可通过高红外发射率显著提高室内温度。

4.2 人体热管理

发展“绿色”、低能耗及低排放的人体热管理技术，对于人体健康和可持续发展至关重要。基于辐射制冷的人体热管理技术是一种零能耗方案，可在不消耗任何能源且无温室气体排放的情况下，实现炎热环境中高效的人体降温，是传统高耗能制冷设备（如空调）的有力补充，乃至替代性技术，具有巨大的发展潜力。

CA具有的良好溶剂分散性与更强的红外发射能力使其成为制冷织物的重要基材，Wei等[87]首先将Al2O3分散在溶液中并与CA混合，而后将该溶液涂覆和浸涂在织物上，发现可以使其温度降低1.9~3.3 ℃，并使人体皮肤温度降低0.6~1 ℃。Feng等[109]通过溶剂极性匹配策略制备了具有仿生皮肤结构的3D多孔CA/磷酸铝杂化薄膜（3DPCA/h-AlPO4）。得益于薄膜的褶皱表面和致密的h-AlPO4纳米层，该仿生材料具有较高的中红外发射率（94.7%）。Du等[110]通过将氧化镁（MgO）纳米棒包埋到多孔CA基体中，然后浸涂到聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基体上，设计了一种具有高太阳反射率（94.6%）和高中红外发射率（96.8%）的辐射制冷织物（PET-CA-MgO）。

与普通织物类似，上述纤维素基辐射制冷织物同样面临耐久性和稳定性问题。因此，开发集高效热管理与优良耐久性于一体的织物具有重要的研究意义。受果子中“果实-分支”独特结构的启发，Li等[111]通过在纤维素纤维上原位合成纳米SiO2制备了一种具有长期稳定制冷性能的纤维素织物，其在经受100 d阳光照射和100次机械洗涤后仍具有良好的透气性和辐射制冷性能。

为了进一步提高织物的耐磨性能，Zhong等[112]将天然纤维素分级结构和微纳米多级孔结构于纤维素涂层中进行整合，制备了一种具有优异日间辐射制冷性能的天然纤维素基织物（RCCF），其太阳反射率达90.2%，中红外发射率达98.1%；在晴朗天空下覆盖于模拟皮肤表面，相较于原棉织物可实现6.5 ℃的降温，真实人体降温测试表明，RCCF表现出较好的降温效果。此外，经过5000次磨损测试与20次标准水洗测试后，其仍保持优良的疏水性能和辐射制冷性能。特别需要指出的是，该织物表面的疏水性能在加热条件可以恢复（即可在高温天气下实现降温的同时恢复其自身的疏水性能从而延长防污效果），这为新型户外个人热管理织物的设计与开发提供了新思路。

为使织物兼具降温冷却与加热保暖功能，Zhang等[113]使用静电纺丝和涂层技术，实现了辐射制冷、辐射加热及主动加热功能的集成化。该Janus薄膜（如图9）在加热模式下可实现高达88%的太阳吸收率，在制冷模式下太阳反射率和中红外发射率分别可达97%和96%；制冷模式下，其室外平均温度比商用棉织物低9.4 ℃；在加热模式下，其平均温度比棉织物高40 ℃。

除了极端温度之外，由于电子设备的广泛使用，电磁污染已成为值得关注的新焦点。为了应对极端温度和电磁波泛滥导致的生活环境恶化问题，Zhao等[114]制备了一种用于个人热管理和屏蔽电磁干扰的Janus型MXene/纤维素/ZnO膜。该Janus膜在ZnO纳米棒侧表现出较高的可见光反射率（96.3%）和中红外发射率（83.7%），而MXene侧的可见光吸收率和平均红外反射率分别超过90%和70%。此外，其电磁屏蔽效率（~30 dB）优于商业化屏蔽材料（20 dB）。

4.3 光伏冷却

光伏发电是目前替代化石燃料的最佳方式之一。在实际应用中，由于太阳能电池转换效率有限，只有一部分太阳辐射转化为电能，其余部分以热量的形式被太阳能电池组件吸收，使太阳能电池自身温度高于周围环境温度。由于太阳能电池的本征半导体特性，工作温度过高会严重影响电池器件的输出和安全性，因此有必要对器件核心进行散热，使太阳能电池工作温度保持在环境温度以下。近年来，部分学者尝试将纤维素基日间辐射制冷材料用于光伏电池领域。

Lv等[115]将热交联的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）浸渍到纤维素膜中制备出一种透明纤维素膜/EVA复合材料。该复合材料的太阳反射率和中红外发射率均高于90%，具有良好辐射制冷效果。在模块封装过程中将该复合材料作为太阳能组件的封装层，在户外暴晒实验中获得~2 ℃的降温效果。

除了使用上述内嵌纤维素膜的方式降低光伏电池组件温度外，还可将纤维素基辐射制冷薄膜直接覆盖于光伏电池表面以达到降温效果。Chowdhury等[116]将CNC与PDMS结合制备了一类新型的CNC改性聚合物薄膜。该薄膜具有较低的太阳吸收率，在中红外区域具有较高的辐射率。在阳光直射下覆盖该膜的样品表面温降可达到3.97 ℃，其制冷功率可达82.66 W/m2；将其覆盖于太阳能电池顶部后，电池在阳光直射下工作温度有所降低，电池效率由8.217%提升至8.634%。

4.4 低温贮运

采用创新的保鲜技术对延长农产品的货架期和提高农产品的市场占有率具有重要意义[117]。农产品采后品质主要受三方面因素影响：内在代谢过程、外界环境条件（如温度、湿度、大气气体等）及表面微生物，因此降低温度以延缓农产品的新陈代谢、对农产品进行真空包装及使用抗菌包装材料是目前延长农产品寿命的3种主要方法。

良好的溶剂溶解性赋予CA优良成膜性，因此其在食品保鲜领域颇具潜力，Li等[22]制备了一种分层设计的CA薄膜，可以在太阳光下对各种大小、形状的冰提供有效的保护。该CA薄膜的太阳反射率高达97.4%，中红外发射率达92%，在阳光直射下可实现高达110 W/m2的冷却功率和~12 ℃的降温，这为生鲜产品（特别是冷冻产品）的保存提供了可能。

ZnO具有光催化和吸收紫外光的功能，可以防止新鲜食品的光敏氧化和抑制真菌毒素的合成及黑曲霉的增殖，因此可作为抗菌剂延长食品的货架期。Zhang等[23]通过水诱导相分离法构建了一种含多级孔的CA/纳米ZnO复合薄膜（如图10），实现了无能量输入的被动制冷。使用该薄膜对果蔬包装，可在阳光直射下使金针菇温度降低18℃，保鲜时的降温效果优于其他市售食品包装材料，并可将草莓的贮藏时间延长至9 d。此外，该薄膜还表现出优异的抗菌性和自清洁性。

作为一种天然的色度计，花青素的颜色会随着环境pH的变化而改变。加入花青素可以赋予材料包装可视化的功能，农产品的变质过程可以通过颜色的变化直接显示出来，从而达到新鲜度实时可视化检测的效果。为了实现农产品的新鲜配送，Chen等[21]制备了一种名为氧化锌-纳米棒/纤维素膜-淀粉膜@蓝莓花青素（ZnO-NRs/CM-SM@BA）的三层包装材料。该材料不仅具有高效的散热功能以延缓农产品腐败，还可通过颜色变化实时监测农产品的新鲜度。

5 结论与展望

与传统的日间辐射制冷材料相比，纤维素基日间辐射制冷材料具有原料丰富，生物降解性好、无毒无害等优点，预计将在辐射制冷领域发挥重要作用，具有广阔的发展前景。但是，要真正代替传统辐射制冷材料并大规模降低制冷能耗还有很长的路要走。为了使纤维素基日间辐射制冷材料真正得以应用，尚需解决以下问题。

（1）与其他聚合物类似，天然纤维素在太阳光直射下的太阳反射率不理想，导致净制冷功率欠佳。目前大多文献使用相分离法构建多孔结构以提高纤维素材料的太阳反射率，然而相分离法通常需要消耗大量有机溶剂，导致其制备过程环保性欠佳，因此亟需开发环境友好型的构建纤维素基多孔结构材料的方法。

（2）天然纤维素表面含大量亲水性羟基，在高湿环境或遇水后微观结构会发生改变，进而劣化其冷却性能和力学强度。同时，当暴露在室外时，天然纤维素材料易受到紫外线影响和浮尘、灰尘及煤烟的污染，进一步恶化了纤维素基日间辐射制冷材料的制冷性能。目前已有大量研究通过对纤维素材料表面进行疏水化改性处理来提高其耐水性和耐候性，但目前所使用的疏水改性剂大多为难降解或有毒的含F的改性剂，这会带来改性材料使用后降解性显著劣化的弊端，因此今后应开发“绿色”、无毒的改性剂以提高纤维素基日间辐射制冷材料的耐候性和耐水性，同时注重材料抗紫外线老化的性能。

（3）目前多数纤维素基日间辐射制冷材料仍通过构建多级微纳孔结构提升太阳反射率，而这不利于其规模化生产，因而发展可大规模生产的微纳加工技术并平衡材料与加工成本对纤维素基日间辐射制冷材料的进一步发展具有重要意义。

总的来说，纤维素基日间辐射制冷材料具有巨大的潜力，可以有效应对当前面临的能源危机、环境问题以及果蔬保鲜等挑战。我们相信，未来将会开发出大量日间辐射制冷性能优异、低成本、易于放大制备、环境友好且具备多功能的纤维素基日间辐射制冷材料。

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