当前的隔热材料（如气凝胶和泡沫材料）因热容量低、热惰性差，在应对昼夜温差方面面临重大挑战。这种失衡导致白天冷却不足、夜间冷却过度，凸显了在能源效率方面亟需创新解决方案。
2026年5月22日，北京大学材料科学与工程学院博雅特聘教授邹如强老师团队在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》发表题为《具备被动辐射冷却功能的相变气凝胶：迈向智能热管理》“Phase Change Aerogels Enabled With Passive Radiative Cooling: Toward Intelligent Thermal Management” 的研究成果。
为克服这些局限，作者开发了一种多功能气凝胶方案，将被动辐射冷却与相变材料相结合，既提升了隔热性能，又加强了应对气候变化的努力。
微米级相变胶囊嵌入定向气凝胶壁中，兼具散射单元和冷储单元双重功能。这一创新设计实现了超过96%的卓越太阳光谱反射率和超过95%的红外发射率，同时保持低于40 mW·m⁻¹·K⁻¹的低热导率，并具有146.1 J/g的高焓值。其独特的蓄冷能力可使建筑在夜间储存多余冷量，从而弥补白天的制冷缺口，进而减少热冲击，并提升全天整体的温度舒适度。 这种创新材料实现了功能的有效整合，标志着建筑能效领域的重大进步，并通过改进的热管理系统为减缓气候变化提供了广阔前景。
主要内容：
由纤维素纳米纤维和微胶膜组装的相变气凝胶材料（称为CMA0−4）的制备过程涉及微胶膜的均匀分散和混合物的干模成型如图所示：
图1. CMA气凝胶的合成与表征。(a) 采用定向冷冻干燥法制备CMA材料的工艺流程。(b) 由MF树脂和ODE复合材料制成的微胶囊在水中均匀分散的光学显微镜图像。(c) 经冷冻干燥法制备的ODE@MF微胶囊粉末的扫描电子显微镜（SEM）图像。(d) 在液氮中断裂的取向CMA3的SEM图像，插图为断面结果。(e) CMA3片状结构的高分辨率SEM图像，插图显示被纤维素纳米纤维锁定的微胶囊。(f) MFC、CMA样品及其反应物的高分辨率FTIR光谱。(g) MFC、CMA样品及其反应物的XRD图谱。(h) MFC、CMA样品及其反应物在氮气氛围下的热重分析曲线。
潜热是决定PCM复合材料储热和热管理能力的关键特性。微胶囊壳体和气凝胶基质都可能降低PCM含量的比例，从而降低其性能。因此，必须将这些因素与热绝缘特性结合考虑：
图2. CMA材料的热能存储与传输。(a) ODE、MFC和CMA3材料的差示扫描量热法（DSC）分析。(b) CMA材料加热和冷却相变过程中的潜热。(c) 经过100个加热-冷却循环的CMA3材料的DSC曲线。(d) CMA材料沿不同方向的热导率。(e) 加热条件下CMA3表面的温度分布及对应的红外成像插图。(f) 不同环境温度下CMA材料的热导率。(g) 热冲击表征装置示意图。(h) 从CMA0和CMA3块体顶面检测到的温度曲线。(i) 热冲击过程中气凝胶的红外照片。
气凝胶材料由于固体密度低且凝聚相均匀分布，在受限空间内具有透明性，并会引发温室效应。微米级MFC球的引入不仅赋予CMA气凝胶热/冷储存能力，还作为散射单元，显著增强了光线在轻质气凝胶中的反射效果：
图3. CMA材料的辐射冷却与光谱特性。(a) CMA材料用于隔热、冷藏和辐射冷却的机理示意图。(b) 通过有限元分析获得的简化CMA0和CMA3模型在太阳光谱下的模拟散射效率。(c) 受540 nm平行光照射时，简化CMA0和CMA3模型的模拟电场分布。(d) CMA样品的反射光谱，插图为太阳光谱加权反射率。(e) 基于CMA样品反射光谱绘制的CIE 1931色度图。(f,g) CMA3在太阳光谱区和大气窗口区的反射率与发射率光谱。(h,i) 昼夜不同温差条件下CMA3的计算辐射冷却功率。
CMA材料的实际冷却性能：
图4. CMA3材料的制冷性能。（a）中国北京露天实验装置的数字图像。（b）2024年7月24日至26日实验期间，CMA3-ODE、CMA3-OCE及环境温度的实时温度曲线。(c) 低于环境温度的冷却范围及记录的日照强度。(d) 说明CMA作为建筑冷却围护结构的节能模型示意图。(e) 中国11个城市中CMA3屋顶与基准EPS屋顶的模拟年制冷能耗及节能量。(f) 中国11个城市中CMA3屋顶与基准EPS屋顶的模拟年总能耗及节能量。
CMA材料通过将辐射冷却表面与相变气凝胶的优势整合，显著增强了其减缓温度波动的能力：
图5.CMA材料对日温差冲击响应的理论分析。(a) 在周期性温度波动下，传统气凝胶与相变气凝胶的温度响应机制及特性。(b) 采用有限元分析，在模拟的温度波动环境中，气凝胶、相变材料（PCM）固体、相变气凝胶及传统固体材料的温度响应曲线。(c) CMA0−4材料的导热系数与蓄热系数参数。(d) CMA0−4材料与其他文献中涉及辐射冷却与隔热耦合的研究成果在热惰性方面的比较。
总结讨论： 被动冷却与热控技术对隔热性能和光谱特性的严苛要求，促使人们必须设计和开发先进的辐射冷却气凝胶材料。 本研究提出了一种改进方法，通过将微米级相变微胶囊集成到气凝胶孔壁中，从而增强了传统的定向冻结效果。这些微米级相变胶囊嵌入在定向结构的气凝胶壁中，既作为散光单元，又作为冷藏单元发挥作用。所得的相变气凝胶展现出卓越的性能：太阳光谱反射率超过96%，红外发射率超过95%，热导率低于40 mW m−1 K−1，且具有146.1 J g−1的高焓值。其创新的储冷结构能够利用夜间积累多余冷量以弥补白天的制冷缺口，从而降低峰值热负荷，并提升全天整体的温度舒适度。 此外，该材料的抗压强度及疏水自清洁特性带来了更多优势。通过同时解决隔热、被动冷却和蓄冷问题，这种先进的气凝胶为被动冷却应用提供了创新解决方案，为温度控制系统树立了新标准。 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76004
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