随着全球变暖加剧，传统空调等冷却系统因其高能耗与碳排放而面临可持续发展难题。辐射冷却技术因其“无需电力消耗即可将热量辐射至深空”的特性，成为绿色制冷的重要替代方案。然而，目前高性能的辐射冷却材料多采用复杂制备工艺或高成本原料，制约了其大规模应用。本研究提出一种由多孔P(VDF-HFP)作为上层、商业丙烯酸乳胶漆(ALP)为底层的新型双层涂料结构，在保持高反射率与优异热发射性能的同时，将材料成本控制在约1.3美元/平方米，显著低于单层P(VDF-HFP)的成本（约2.5美元/平方米）。该双层涂料通过调控顶层的微纳孔结构与厚度提升了太阳反射率（0.89~0.95）与热发射率（0.98），并显著延长了抗UV老化寿命（可达11年）。该工作在性能、成本与耐久性之间取得平衡，为辐射冷却技术在建筑节能和环境友好领域的大规模应用提供了经济有效的解决方案。相关工作以Cost‐Effective Bilayer Radiative Cooling Paint via a Porous P(VDF‐HFP) Top Layer为题发表在Adv. Funct. Mater.期刊。

本研究提出一种由多孔P(VDF-HFP)和ALP组成的双层辐射冷却涂料，在性能、耐久性与经济性间实现平衡（图1）。其工作原理是：顶部P(VDF-HFP)层高效反射紫外与短波可见光，底部ALP层反射剩余长波太阳光（图2a–c），二者协同实现高反射率和优异热发射性能（图2d–e），并在不同基底上表现出良好适应性（图2g–h）。通过调控顶层P(VDF-HFP)的孔隙（图3a–f）与厚度（图4a–b），实现对紫外与近红外反射的协同增强。紫外加速老化实验表明，双层涂料的耐久性明显优于单层ALP（图4d–e）。此外，引入顶层P(VDF-HFP)后，双层涂料不仅可以减少翻新频率（图5a），而且可以在温暖地区节省大量能源，具有更高的成本效益（图5b-d）。

图1. 典型聚合物涂料作为辐射冷却涂层的示意图，对比三种不同结构的光学特性、成本和性能。本研究提出的双层涂料（Case 3）表现出相对较高的冷却性能、适中的材料成本和优异的紫外线耐久性。

图2. 双层聚合物涂料的工作原理。a) 双层涂料受到光热辐射作用的示意图。b) 不同厚度P(VDF-HFP)层的模拟反射率，表明其反射能力从紫外波段到近红外波段的降低。c) 基于理想黑体基底的双层涂料的横截面SEM图像。d) 商用 ALP 和双层涂料的反射光谱，突出双层涂料在紫外和整个太阳光谱波段的反射增强。e) 对比商用 ALP 和双层涂料的发射光谱，利用大气透射窗口作为参考。f) ALP 基底和双层涂料的水接触角。由于顶部的 P(VDF-HFP) 层，双层涂料保留了疏水表面。g) 双层涂料在乙烯、金属、木材和混凝土等基材上的应用。 h) 双层涂料在不同基材上的反射光谱，反射率从理想黑体（cinefoil）基底上的 0.89 提高到在铝基底上的 0.95。

图3. 通过孔隙调控优化反射性能。a) 不同配比双层涂料的 SEM 形貌，其中 P(VDF-HFP):丙酮:水的重量比分别为 (a1) 1:8:0.10、(a2) 1:8:0.33、(a3) 1:8:0.65 和 (a4) 1:8:1.00。b) 顶层（厚度固定为38 µm）中多孔P(VDF-HFP)配比不同时，双层涂料的反射光谱。c) 不同含水量对应的紫外反射率和太阳反射率。d) P(VDF-HFP) 层空气孔的独立散射效率与孔径的关系。e) 三种孔隙结构的COMSOL 反射率模拟：配置1仅包含纳米孔、配置2仅包含微米孔、配置3同时包含纳米孔和微米孔。 f) 与 ALP 基底相比，三种配置的反射率模拟结果表明更宽范围的孔径分布（配置3）增强了整个太阳光谱的反射率。

图4. 厚度调节对反射率的优化及紫外线老化分析。a) 具有不同厚度 P(VDF-HFP) 顶层的双层涂料的反射率和发射率光谱。b) 太阳反射率和热发射率与 P(VDF-HFP) 层厚度的关系。c) SEM 图像表明，紫外线老化前后 ALP 和 P(VDF-HFP) 没有明显的形态变化。d) 双层涂料的太阳反射率是紫外线照射时间的函数。864 小时的紫外线照射量相当于佛罗里达州一年的紫外线照射，约为 275 MJ m−2。 e) 根据紫外线老化结果推断出随年份变化的双层涂料太阳反射率估计值。

图5. 全寿命周期的节能效果。a) 对比 ALP 和双层涂料的使用寿命，其中太阳反射率下降的阈值设定为 0.9。b) 以Phoenix为例，使用寿命期间的材料成本和总公用设施节省。c,d) (c) ALP 和 (d) 双层涂料的回报率（定义为整个使用寿命期间的总公用设施节省除以材料成本），突显了双层设计的成本效益。

小结：该研究提出并验证了一种经济高效的双层辐射冷却涂料，该涂料由顶层多孔P(VDF-HFP)与底层商业丙烯酸乳胶漆ALP构成，在光谱调控、耐候性、经济性等多方面实现了协同优化。通过调控顶层P(VDF-HFP)的微纳孔结构与厚度，有效提升了对太阳光的反射能力（比ALP反射率高0.11）并维持高红外发射性能。紫外线加速老化测试与建筑能耗模拟表明，该双层设计具备良好的环境耐久性（比ALP寿命延长7年）与经济可行性（比P(VDF-HFP)成本降低70%），在节能建筑与城市热岛治理中具有广泛应用前景。

论文信息：Q. Cheng, C. Tang, B.-W. Kim, Y. Xu, N. Yu, J. Mandal, H. Yin, Y. Yang, Cost-Effective Bilayer Radiative Cooling Paint via a Porous P(VDF-HFP) Top Layer. Adv. Funct. Mater.2025, 2506405. https://doi.org/10.1002/adfm.202506405.

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