近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院馬文教授團(tuán)隊(duì)在新型無(wú)機(jī)氧化物被動(dòng)輻射冷卻材料研究中取得重要進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)Zn摻雜可有效調(diào)控SrZrO₃晶體的光學(xué)性能，顯著提升其在太陽(yáng)光譜波段的高反射率與大氣窗口波段的高發(fā)射率，從而實(shí)現(xiàn)高效、無(wú)能耗的日間輻射冷卻。該研究為開發(fā)新型節(jié)能環(huán)保型輻射冷卻材料提供了重要理論與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

被動(dòng)日間輻射冷卻技術(shù)作為一種零能耗制冷方式，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。SrZrO₃作為一種寬帶隙（5.6 eV）鈣鈦礦陶瓷，具備優(yōu)異的紅外發(fā)射性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是潛在的理想輻射冷卻材料。然而，其太陽(yáng)反射率與大氣窗口發(fā)射率仍有提升空間。為此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)溶膠-凝膠法與固相合成法相結(jié)合，成功制備了一系列Zn摻雜的SrZrO₃晶體，系統(tǒng)研究了Zn摻雜對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光譜輻射性能及輻射冷卻性能的影響。

圖1 文章圖形摘要

研究發(fā)現(xiàn)，Zn摻雜不僅引起晶格膨脹和氧空位增加，降低晶格對(duì)稱性，還通過(guò)調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)提高了材料在0.3–2.5μm波段的折射率，從而顯著提升了太陽(yáng)反射率。最優(yōu)組分的SrZr_0.75Zn_0.25O_2.75晶體粉末的太陽(yáng)反射率高達(dá)0.892，大氣窗口發(fā)射率達(dá)0.954，均優(yōu)于未摻雜SrZrO??；谠摬牧现苽涞耐繉釉谔?yáng)輻照度為654 W·m^-2條件下，最高可實(shí)現(xiàn)15.3 °C的降溫效果，最大凈輻射功率達(dá)64.7 W·m^-2。

此外，該涂層在21天戶外暴露后仍保持穩(wěn)定的輻射冷卻性能，展現(xiàn)出優(yōu)異的耐候性與紫外穩(wěn)定性，具備在光伏逆變器箱體、建筑外墻等高溫高濕環(huán)境中應(yīng)用的潛力。

圖2 (a-j) SZZO-25涂層在21天戶外暴露實(shí)驗(yàn)中的實(shí)時(shí)照片. (k-l) SZZO-25涂層戶外暴露前后的水接觸角

該研究結(jié)合實(shí)驗(yàn)與第一性原理計(jì)算，深入揭示了Zn摻雜對(duì)SrZrO?光學(xué)性能的調(diào)控機(jī)制，為高性能無(wú)機(jī)輻射冷卻材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新思路。

本研究以《Engineering the optical properties of SrZrO₃ crystals via Zn doping for superior passive daytime radiative cooling》為題，于2025年在線發(fā)表于《Journal of Advanced Ceramics》（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)，IF：16.6）上。論文通訊作者為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬文教授與尹軼川講師，第一作者為李揚(yáng)揚(yáng)博士。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文第一完成單位。

圖3 論文頁(yè)面

論文鏈接：https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221107

文字、圖片：材料科學(xué)與工程學(xué)院