物理学家Thamarasee Jeewandara
（同organic）有机 分层设计的生态友好的CA膜，用于通过辐射冷却被动保护阳光下的冰
冰系统在(A)低/中和(B)高(> 70)时的能量转移过程
5 N)纬度，单位为瓦特每平方米
太阳辐射和中红外辐射是这两种情况下的主要能量输入和输出
不平衡的能量流导致了冰的融化
(C到F)用于通过辐射冷却实现被动防冰的多孔CA膜的分级设计和生命周期
(C)本征分子振动和(D)多孔结构分别赋予CA膜高的中红外发射率和太阳反射率
因此，利用分级设计的膜，冰系统上的热负荷显著降低
(E)在生命周期结束时，分层设计的CA膜可被天然微生物分解以再生CA(右)
(F)分级设计的CA膜的丰富原料可以来源于天然植物的细胞壁
信用:科学进展，DOI: 10
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abj9756 冰在生活的许多方面都发挥着重要作用，从食物保存到冰上运动和生态系统，从而提供了保护冰不在阳光下融化的动力
从根本上来说，冰在阳光照射下融化是因为入射阳光和出射热辐射的能量流不平衡
因此，辐射冷却可以在不消耗能量的情况下平衡能量流，从而可持续地保护冰
在发表的一份新报告中，李和的一组科学家在中国和美国的先进微结构、工程学、大气科学、精密力学和物理学领域进行了合作
S
，开发了一种分层设计的辐射冷却膜，使用丰富且环保的醋酸纤维素分子
材料的多功能性为阳光下各种形式和规模的冰提供了有效和被动的保护
这些成果可以有效地提供一个可扩展和可调的路线来保存冰和生态系统的其他关键元素
保存冰 冰保存的过程会影响高海拔或高纬度地区的日常冰或冰食品、冰运动和冰山水平
研究表明，仅冷链物流就消耗了全球11%的电力，大约2
5%的温室气体排放量来保存世界上40%的食物
由于阳光照射下冰融化导致的不平衡能量流，资源限制明显增加，平衡这一点并创造一种用于阳光照射下冰系统被动保存的可持续途径具有重要的现实意义
生物工程在白天辐射制冷方面的发展为平衡能量流提供了一个有希望的策略
材料科学家在这些有前途的工作中使用了一系列材料和结构，包括多层或图案化的光子结构、基于纳米粒子的多孔聚膜、冷却木材和太阳反射率大于0的超白涂料
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为了在阳光下保存冰，必须有几个严格的要求
例如，计算出的净辐射功率从70 Wm-2增加到110 Wm-2可以防止冰或冰食品在没有额外制冷的情况下融化
在这项工作中，李等人
设计了一种基于丰富且环保的醋酸纤维素(CA)的分层薄膜，以实现高冷却性能
低/中纬度地区的室外冰/冷冻食品保存
(A)孔隙对入射太阳光散射效应的理论分析
颜色条代表反射率
(B)分层设计的CA胶片的照片
(C)分级设计的CA膜的SEM图像
(D)分层设计的CA膜的太阳反射率(左轴，断裂前)和中红外发射率(右轴，断裂后)光谱
为了比较，显示了白纸、铝膜和PET-Al-PE膜的光谱
(E)日光下的冷却性能是指分级设计的CA膜的环境
(F)照片显示分层设计的CA膜被定制成自制的便携式柔性袋，专门用于室外冰/冷冻食品的保存
粉色条是一个滑块
(G)用不同包装材料包装的冰/冷冻食品的能量流
(H)日光下不同包装方式的冷冻食品的温度变化(左轴)
(I)暴露在阳光下约80分钟后的冰淇淋照片(约540 W m2)
比例尺，2厘米
分层设计的CA膜提供了最好的保存
(B)、(F)、(I)图片来源:南京大学李、
科学进展，土井:10
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abj9756 用于增强冷却性能的可生物降解醋酸纤维素(CA)材料 由于宽带和高中红外发射率，该材料表现出用于高性能、大规模冷却应用的良好特性
定制的孔隙作为入射太阳辐射的有效散射中心，以最小化阳光照射下冰的热负荷，从而实现冰系统的被动保护
李等
选择CA来构建薄膜是因为其作为可在自然中降解的可生物降解薄膜具有丰富的生态友好性
研究小组从天然纤维素中提取出醋酸纤维素(CA ),天然纤维素存在于植物的细胞壁中
为了设计、开发和表征醋酸纤维素薄膜，该团队展示了宽带的影响和阳光的有效反射如何实现阳光下的放射性冷却
基于这一理论模型，李等
显示了具有多孔结构的基于醋酸纤维素的膜，其具有多种孔径以支持太阳光的强散射和反射
为了实现这一目标，他们使用卷到卷静电纺丝技术开发了一种基于CA分子的可伸缩薄膜
他们展示了产品的微观外观，纳米纤维相互连接，形成大小不同的多个孔，以理想地散射阳光
通过分层设计的CA膜进行冰雪保护
(A)定制装置的示意图，用于验证分级设计的冰用CA膜的冷却效果
冰箱用来模拟阳光照射下高纬度地区的大气温度
(B)具有和不具有分级设计的CA膜的冰的温度的比较
(C)在大约700 W m-2的强烈阳光照射下(高于低于350 W-m-2的高纬度情况),分层设计的薄膜能够实现低于环境温度的冷却
(D)照片显示了有(左)和没有(右)分层设计的CA膜的冰的质量演变
比例尺(黑色)，2 cm
(E)有和没有分层设计膜的冰的质量衰减(左轴)
还显示了未融化冰的质量比(右轴)
(F和G)防雪
照片显示了初始状态下的雪(F)和户外阳光照射20天后的雪(G)
由于分层设计的CA材料的保护，融雪被减缓
(四)、(六)、(七)图片来源:南京大学李、
科学进展，土井:10
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abj9756 冰及冰制食品保鲜用醋酸纤维素(CA)的设计与开发 在它的作用机理中，高中红外发射率是将热流传导到冷宇宙(3 K)实现辐射制冷的关键
分级设计的CA膜显示出宽带中红外发射率，具有使用模拟实验描述的冷却高纬度大规模冰的发射峰
在获得CA膜的所需光学性质后，李等人
测量薄膜的冷却温度和功率以了解它们的辐射冷却性能
该实验装置在阳光直射下实现了高达110 Wm-2的冷却功率和大约12摄氏度的冷却温度
所得CA膜具有优异的辐射冷却性能，适用于柔性和便携式室外冰和冷冻食品的保存
与新设计的CA膜相比，研究小组使用白纸铝(Al)膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)-铝-聚乙烯膜(PET-Al-PE)作为对照，以显示更低的太阳反射率
接下来，他们监测了包裹在不同材料中的冰镇食品在室外自然阳光下的温度变化，以显示用CA膜覆盖的冰镇食品在0摄氏度以下可以保存更长时间
5小时，这是由于包装材料的光学特性
这种材料提供了一种非常有效的被动保存模式，在阳光照射80分钟后完整性达到98%
保护冰雪和模拟高纬度冰的冷却效应
由于太阳能输入和中红外输出可以平衡用于室外冰和冷冻食品的保存，李等
认为这是维持高海拔生态系统的主要因素
虽然冰和雪是两种代表性的地貌，但它们保持不同的太阳反射率，尽管具有相似的中红外发射率
研究小组展示了这种薄膜对冰雪的被动冷却效果，以证实阳光照射下冰的保护效果
在实地测试中，该材料还表现出对高海拔地区雪面的出色保护，为辐射冷却效应提供了直接证据，减缓了当地冰川的融化
研究人员随后模拟了高纬度地区冰的冷却效果以及全球气候的长期影响
他们通过使用热力学模型来研究冰山，展示冰山如何在夏天融化大约1米，从而实现了这一目标
相比之下，CA膜有助于冰山的保存和1米的增厚
利用气候模型实验，科学家们展示了这种方法如何有效地保护高纬度地区的冰系统，并将CA薄膜的设计及其优异的辐射冷却能力归功于太阳反射率和材料的其他特性，这种材料使高纬度地区的表面温度降低了4摄氏度
该材料的生物降解性也有助于多样性，而土壤暴露试验证实了在不同纬度为冰雪提供环保保护的潜力
高纬度地区的防冰
(A)冰山(几十平方公里大小)的厚度变化
分层设计的CA膜可以有效地保护冰山在夏季不融化
图B到D显示了有和没有分级设计的CA膜时海冰浓度的差异(单位为%)
CA薄膜应用在(B)波弗特环流区内的海冰上，(C)70°之间的环面
北纬50度和80度
北纬5度和(D)北纬70度
分别为5 N
这些应用区域由黑色虚线标记
分级设计的CA膜能够对高纬度地区的冰进行有效的区域性/针对性保护
(E和F)分别是有和没有分级设计的CA膜时表面(E)太阳反射率和(F)温度(单位为开尔文)的差异图
分级设计的CA膜在高纬度对冰的巨大保护潜力归因于其优异的太阳光反射和随之而来的冷却
信用:科学进展，DOI: 10
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abj9756 观点 通过这种方式，李和他的同事们展示了一种分层设计的CA薄膜如何在阳光下有效地提供生态友好和可扩展的辐射冷却
该团队强调了这种材料的功能和生物降解性机制，以及它在日常生活和生态系统中保护冰的意义
这项工作呼吁更加一致和集体的全球努力，以维持一个可持续的途径，以保护冰融化的潜在气候影响
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