來源 | Materials Today Sustainability

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背景介紹

2021 年，基于各種制冷劑汽化和壓縮的傳統冷卻系統消耗的電力約占美國總電力消耗的10%，這導致環境中大量的溫室氣體排放，從而加速全球變暖。因此，當前開發一種環保節能的冷卻技術十分重要。被動輻射冷卻（PRC）方法可以有效地反射太陽光（0.3 ～ 2.5 μm），并通過大氣透明窗口（8 ～ 13 μm）向寒冷的外層空間（～3 K）發射紅外熱輻射。這些冷卻過程同時發生，且無需任何電力輸入，這為減少各種冷卻應用中的能耗提供了絕佳的機會。近年來，人們提出了多種PDC結構成功實現了陽光直射下冷卻，包括多層結構、超材料、隨機分布顆粒結構和多孔結構。盡管這些低溫冷卻結構具有良好的性能，但其設計和制造過程復雜且成本高昂，阻礙了其廣泛應用。

目前，全球對塑料的需求持續增長，預計到2030年將達到每年4.17億噸。這也導致了塑料廢物急劇增加。促進塑料的減量、再利用和回收可以有效防止更多的聚合物材料釋放到環境中，從而遏制環境污染。目前，機械回收是五種主要包裝塑料環境和經濟可持續經濟的主要工具：聚對苯二甲酸乙二醇酯（PETE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC），但機械降解仍然受到成本的限制。因此，迫切需要提出一種基于機械的策略來提高其回收價值。打印紙由于原材料豐富且具有出色的生物降解性，成為PRC結構的良好候選材料，然而，雖然打印紙具有被動輻射冷卻特性，但其耐水性不足，使其無法靈活應用。

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成果掠影

為了應對全球塑料回收的迫切需求，美國東北大學鄭義教授課題組利用回收的泡沫塑料和普通的打印紙來制造具有優異自冷卻能力的泡沫-紙復合材料（FPC）。高漫反射 PS 泡沫顆粒與纖維打印紙的結合，使FPC太陽光譜反射率達到 96%，在太陽直射下平均產生8.4 °C的溫降和90 W/m ²的冷卻功率。同時，FPC在高濕度下仍能保持較高的太陽光反射率，促進其在潮濕的亞熱帶地區的應用。此外，低成本材料和簡單制造方法將為有效的白天輻射冷卻提供有效途徑。相關研究成果以“Eco-friendly passive radiative cooling using recycled packaging plastics”為題發表于《Materials Today Sustainability》。

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圖文導讀

圖1 FPC 的輻射冷卻機制及其閉環制造和回收過程示意圖。

圖2 直徑為 100 mm、厚度為 2 mm FPC 樣品的 (a–c) 光學圖像、(d–f) SEM 圖像和 (g–i) 水接觸角圖像。（質量比：F5:P1, F1:P1, and F1:P5）

圖3 (a) FPC (F1:P1)、打印紙和EPS泡沫板的半球光譜反射率。(b) FPC跨角度的太陽反射率和 (c) 熱紅外發射率。(d) 不同質量比的FPC樣品的半球光譜發射率和 (e) 應力應變曲線。

圖4 (a) 輻射冷卻系統的制冷溫度和輻射冷卻功率在 24 小時內的變化。(b) 理論露水收集潛力。

圖5 (a) 不同濕度條件下FPC (F1:P1) 的光譜發射率和 (b) 計算溫差 (ΔT = T _amb - T _FPC ) _。

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