辐射冷却技术通过大气窗口将热量直接散逸至外太空，是一种零能耗的被动降温方案。然而，传统辐射冷却器多为不透明，难以满足窗户、光伏玻璃等需兼顾采光与降温的场景。半透明辐射冷却（STRC）材料需在可见光高透过、近红外高反射与大气窗口高发射之间取得平衡，这构成了其核心设计矛盾。本文从黑体辐射理论出发，阐述了STRC的能量平衡与光谱选择原则，并将材料分为静态与动态两大类，系统总结了光子结构、超材料及智能复合材料在辐射制冷中的进展，同时探讨了其在建筑、光伏、电子、淡水收集及农业等领域的应用潜力。相关工作以Semi-transparent radiative cooling materials and applications: A critical review为题发表在Renewable and Sustainable Energy Reviews期刊。
这篇综述首先阐述了STRC的基本冷却原理与能量平衡模型（图1），指出其核心挑战在于平衡可见光高透过率与大气窗口高发射率之间的固有矛盾。在此基础上，将STRC材料分为静态材料和动态响应材料两大类进行深入讨论（图2）。静态STRC材料：早期研究通过聚合物-颗粒复合实现了初步的辐射冷却效果，但存在透光率与发射率的权衡问题。近年来，通过光子晶体结构和Janus界面工程，实现了>0.9的可见光透过率和>0.94的大气窗口发射率，降温幅度达5-16℃（图3）。动态STRC材料：针对静态材料无法适应环境变化的局限，研究者开发了温度和电压响应材料（图4和图5）。温度响应材料以VO₂热致变色材料和PNIPAM水凝胶为代表，实现了红外发射率在不同温度下的智能切换。电压响应材料则通过电致变色或可逆金属电沉积，实现对可见光、近红外和长波红外多波段的独立动态调控，展示了全天候自适应热管理的巨大潜力。
进一步，文章系统分析了STRC技术在五大关键场景的应用突破：在建筑节能领域，基于卷对卷工艺和量子计算辅助设计的透明辐射冷却窗户，可使室内温度降低6℃，年均节能达50 MJ/m²（图6）；在光伏系统中，SiO₂光子晶体等透明冷却层可使电池温度降低13-18℃，效率提升1-2%（图7）；在电子器件热管理中，超薄柔性透明冷却薄膜成功应用于柔性显示屏和手机屏保，实现3.9℃的降温（图8）；在淡水收集方面，结合日间蒸发与夜间辐射冷却的全天候集水装置，日产水量可达0.87 kg/m²（图9）；在农业应用中，具有高光合有效辐射透过率和辐射冷却功能的薄膜，降低温室温度并减少水分蒸发，作物鲜重提升超100%（图10）。
图1.辐射制冷原理图
图2. STRC的主要材料及应用方法
图3.辐射冷却涂层的结构与特性(a)纤维素-二氧化硅微颗粒复合材料。(b)纯SiO2颗粒及三种不同粒径超材料纸的红外吸收特性。(c) SiO₂颗粒在PMMA基质中的有序排列。(d)不同SiO2粒径下透射率与发射率的变化。(e)涂层内部辐射传热过程及微观结构。(f)实验过程中不同涂层条件下的温度分布云图，从随机复合材料到光子晶体及Janus界面的发展过程，展示了在解耦透明度与发射率方面日益精巧的设计思路。
图4.温度响应型降温薄膜的特性与性能。(a)热致变色透明木材窗的工作原理。(b) VO2热致变色透明木材薄膜与普通玻璃的窗口温度及随温度变化的热容。(c)不同厚度下聚偏氟乙烯（PVDF）与PNIPAM薄膜的实测反射光谱。(d)聚偏氟乙烯与PNIPAM薄膜温度及环境温度的变化曲线。(e) VO2薄膜热发射体在冷态与热态下的状态。(f) VO2薄膜热发射体在高温状态下的透射光谱与吸收光谱。尽管基于VO2的系统具有较高的调制能力，水凝胶替代方案以环境稳定性为代价降低了相变温度，而超表面设计虽改善了透明度，却继承了耐久性方面的不足。
图5.电压响应型降温薄膜。(a)电压响应型动态红外发射率调制器结构。(b)表面电势作用下AZO薄膜的模拟与实验光谱数据对比。(c) CNC-PED电致变色器件的集成结构示意图。(d) CNC3-PED电致变色器件在褪色状态下的光学照片，展示了高透明度。(e)透射率变化及对应的光学照片。(f)户外实验装置示意图及实物照片。(g) CNC3-PED电致变色器件在着色与褪色状态下的照片及对应的红外热像图。(h)消光变化模拟光谱图。
图6.建筑窗户的结构与特性。(a)建筑降温原理。(b)辐射冷却纤维素玻璃的红外热像图及扫描电镜图像。红外图像在50℃条件下采集，以铜块（发射率=0.5）作为背景。左侧：外侧（发射率0.95），表观温度高于背景；右侧：内侧（发射率0.3），表观温度约为22℃。(c)上图：透明辐射冷却器（TRC）的层状结构及内部平面多层库（PML）的组成；下图：量子计算辅助主动学习方案示意图。(d)左图：TRC均匀光学透明性的照片展示；右图：TRC作为窗材料在美国16个城市的节能模拟值。(e)顶部选择性发射体与底部彩色滤光片的结构示意图。(f)上图：雨水驱动的主动自清洁机制及室内模拟实验；下图：露水驱动的被动自清洁机制及室内模拟实验。
图7.光伏冷却中的应用。(a)晶体硅太阳能电池结构的四种示意图。(b)采用不同热发射体设计的太阳能电池的发射率与吸收光谱。(c)太阳能电池的温度。(d)屋顶实验装置及二氧化硅光子晶体。(e)太阳吸收体从紫外到中红外的发射率/吸收光谱。黑线：裸露吸收体；蓝线：带平面SiO₂层的吸收体；红线：带SiO₂光子晶体的吸收体。(f)直径为8μm的微球在10μm波长光照下（y偏振，z方向传播）的远场辐照度角分布，表明高阶电磁共振模式的激发。(g)封装太阳能电池的照片（左）及其横截面示意图（右）。(h)样品暴露于直射阳光和开阔天空下的图像。(i)样品温度、环境温度及太阳辐照度的实测值。
图8.电子元件的结构与性能。(a)复合冷却概念示意图。(b)光子结构、平面二氧化硅及ZnO/Ag/ZnO的发射]。(c)三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯辐射冷却涂层的制造工艺。这清晰地展示了电子热管理领域的技术演进：从复杂、高精度的纳米结构向可规模化、经济高效的涂层过渡。(d)实验装置示意图，附有户外日间与夜间测试的实时温度数据。(e)热发射薄膜在手机防护屏中的应用及其辐射冷却性能测试。(f)不同传热系数下PDMS3PG3/t4的理论净冷却功率；PG3/t4与PDMS3PG3/t4在模拟太阳光照下的温度记录曲线；多种条件下的实际太阳辐照度；以及在北京安装的设备上对PG3/t4和PDMS3PG3/t4进行户外冷却测量的实时温度记录曲线，这些结果成功验证了其在实际器件级集成中的亚环境冷却能力。
图9.淡水收集的特性与性能。(a)淡水收集装置及其能量流动示意图。(b)户外实验过程中PDMS薄膜及环境温度的变化。PDMS温度1和温度2分别对应0°和30°倾斜角。(c)户外实验期间全天淡水收集的详细数据。(d)三级蒸馏系统示意图。顶层为双功能薄膜，日间吸收太阳能驱动蒸发，夜间通过辐射冷却实现表面冷凝。(e)基于混合定向辐射冷却与太阳能加热的V形装置结构示意图。(f)不同接触角薄膜的“天空窗口”发射率随液滴投影面积覆盖率的变化关系。(g)掺杂SiO2微颗粒（直径4 μm，体积分数6%，厚度70 μm）的PMMA薄膜发射率模拟值与实测值对比。
图10.农业生产中的应用。(a)不同覆盖材料在可见光下的热辐射特性。(b)试验温室与对照温室中作物生长情况对比。(c)辐射冷却薄膜的微观层状结构。(d)实验中所用不同覆盖材料的光谱。(e)不同薄膜覆盖下作物的生长状况。(f)温室覆盖层对可见光散射及近红外光反射的示意图。(g)基于薄膜雾度与区域太阳辐射的三维番茄植株模型上的模拟光分布。从单一降温薄膜向融合光谱选择性、节水与匀光功能的多功能设计的演变，反映了农业应用日益增长的复杂性。
小结：综上所述，半透明辐射冷却材料通过在可见光高透过、近红外高反射与大气窗口高发射之间取得光谱选择性平衡，缓解采光与降温之间的矛盾。文章将STRC材料归纳为静态与动态两大类，并对在建筑、光伏、电子元器件、大气集水、农业等场景中的应用进行了梳理。文章进一步指出，尽管STRC材料在光谱选择性调控方面进展显著，但面临诸多挑战：一是环境稳定性与适配性不足，材料难以在应用场景中长期运行；二是缺乏标准评价体系，不同研究难以建立可比性能数据库，制约工程转化；三是成本高，高性能依赖复杂设计和工艺，难以规模化生产。未来，可借助智能算法逆向设计，融合多功能、降低成本，通过跨学科创新，在多领域发挥更大作用，助力碳中和。
论文信息W Peng, Z Sun, Q Liang, J Zhang, J Wei, J Liu, C Wang. Semi-transparent radiative cooling materials and applications: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2026, 236: 116977.
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课题组简介：空天热辐射（STAR）课题组的主要研究方向包括微纳结构热辐射特性调控机制、太阳能利用和辐射制冷材料开发和应用、仿生智能材料设计与应用以及多光谱兼容隐身结构设计等。取SpaceThermal (and)Radiation的首字母组成课题组简称STAR，努力在光热调控领域发光发热，奔赴[星辰大海]。欢迎从事相关研究的学者同行们交流合作，共同探索空天热辐射理论和技术前沿。
联系方式：wangcunhai@ustb.edu.cn.
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