以可持續的方式避免冰雪在日光下融化是十分重要的課題，城小其涉及到(dào)從日常的冷鍊食品到(dào)冰上運動，再到(dào)如上高海拔/高緯度地區的冰山融化等人類生活中的衆多領域。據文還統計，全球可保存的40%的食物（約4億t）是費兵通過(guò)冷鍊來保存的，而這(zhè些雪)消耗了全球11%的電力，導緻了全球約2.5%的溫裡請室氣體排放。

在太陽光下，冰的融化與冰系統中能(néng)量問問流的變化息息相關。圖1概述了不同緯度下冰的代表性熱流。從知一圖中可以看出，太陽輻射（波長(cháng)0.3~2.5μm）是拍黃最主要的熱負荷，導緻了冰溫的上升和討飛随之而來的融化。同時(shí)，中紅外輻射（波長(cháng)2.5~18μ聽和m）是抵消這(zhè)一趨勢的拍身主要能(néng)量流。因此，探索一種(zhǒng)可持續的途徑來平衡坐時該能(néng)量流，從而實現陽光下各種(zhǒng)冰校朋系統的被(bèi)動保護，具有重要的現實意義。

圖1. 不同緯度下冰的代表性熱流煙也

最近，日間輻射冷卻的蓬勃發(fā)展為平衡能(néng)量流提樂日供了策略。研究人員開(kāi)發(靜著fā)了各種(zhǒng)特殊的材料和結構，如多層/圖案化的光子結構、基于納米不舞顆粒/多孔聚合物的薄膜、冷卻木材以及超白塗料（太要火陽反射率大于0.95）。在晴朗的日光裡(lǐ)，上述方法的實驗冷吃分卻功率可以達到(dào)40~100 女你W·m－2，亞環境冷卻溫度為3~13°C。然而，為了在陽光下保存冰，除了傳技內統的考慮之外，還(hái)有幾個嚴格花志的要求。首先，在實際應用中需要冰的溫度要較低，因此，其需要非常高的區嗎輻射冷卻性能(néng)。例如，據計算，將(jiāng)淨輻射功率從70著分 W·m－2增加到(dào)110 W·m－2,可以防止冰/冰凍場白食物的融化，而不需要額外的冷藏裝置。此外，出于冰凍保存的喝用特殊要求，輻射冷卻材料必須是來源豐富、可量産，并具對(duì)環謝信境有較低的影響。

鑒于此，南京大學(xué)朱嘉、汪名懷合作開工高(kāi)發(fā)了一種(zh西音ǒng)基于醋酸纖維素（cellulose 錢花acetate，CA）的分層式爸什輻射冷卻薄膜，該薄膜可量産、生态友好(h內見ǎo)，并且可以在陽光下為各種(zhǒng)形式/規模的弟時冰提供有效的被(bèi)動防護。這(zhè)項下們工作為開(kāi)發(fā)有效、大器可量産、可持續的冰雪保護提供了一種(zhǒng)重要途徑，并為校化生态系統中其他關鍵元素的保存途徑提供笑會了靈感。該研究以題為“Protecting ice 外跳from melting un市會der sunlight via radiat金飛ive cooling”的論文發(fā)表在《Science影友 Advances》上。

輻射冷卻薄膜的設計及表征

分子的内在振動使CA薄膜具有寬帶和高中紅外發(fā)射率，有利于高性書河能(néng)的大規模冷卻。定制的孔隙作為進(jìn)道新入的太陽輻射的有效散射中心，賦予了CA薄膜睡房高太陽反射率。因此，分層設計的薄膜能(néng)夠最大限度地減少陽光下冰的熱事習負荷，實現對(duì)不同緯度下冰系統的有效被(bèi)動保護。在生命周時日期結束時(shí)，分層設計的熱煙CA薄膜可以被(bèi)自然界的微生物所子亮消化，并被(bèi)分解成(chéng)CA。分層設計的CA薄膜月鄉的原料來自天然纖維素，廣泛存在于植筆相物的細胞膜内，可以從天然植物的細胞胚胎中路很獲得。

圖2 多孔CA膜的分層設計和生命周期

研究人員通過(guò)分層設計實現了CA薄膜的理想光學(xué)特性，并測道可量了該分層設計的CA薄膜的冷卻溫度和冷卻功率。年小冷卻溫度被(bèi)定義為薄膜從環境溫度中作女的溫度降低值。在陽光直射下，分層設計朋樹的CA膜實現了高達110 W·m－2的冷卻功率和12℃左右的冷一房卻溫度，這(zhè)證實了該分層設計的CA膜具有良好(hǎo)的輻射冷卻能(n我個éng)力。

圖3 低/中緯度地區的戶外冰/冰鮮食品保存

輻射冷卻薄膜用于冰雪保護

冰和雪面(miàn)（微小的冰晶）女有是兩(liǎng)種(zhǒng)有代表性美森的地貌。它們具有不同的太陽反射率，但具有相似的中紅外發(fā)射率。研究人北子員展示了分層設計的CA膜對(duì)冰和雪表面(miàn)的被(bè雨懂i)動冷卻效果。如下圖所示，在高緯度地區，冰的融化是由入射太陽輻射和中紅外輻外白射輸出的輻射能(néng)量轉移過(guò)程主導的。由于入射太陽月麗輻射和中紅外輻射輸出都(dōu)與表面(但西miàn)積的大小無關，研究人員通過(guò)小規模的實驗人玩來評估分層設計的CA薄膜在高緯度地區對(duì)冰的冷卻效果。結果林北表明，在有和沒(méi)有分層設計的現報CA膜之間，溫度差異高達6.3℃。如下圖C所示，即使在平均約700 秒業W·m－2的太陽輻射下，帶有分層設計的CA膜的冰的表面(兒器miàn)溫度仍比環境溫度低約7℃。

除了冰，分層設計的CA膜對(d船風uì)雪面(miàn)也有很好(hǎo)的保護中器作用。研究人員對(duì)有和沒(méi)有分層視呢設計的CA膜的雪面(miàn)進(jìn)行了實地測試。結果表明電讀，帶有分層CA材料的雪的殘留物比裸露的雪多訊現出50%。更多的結果也直接證明這近了該輻射冷卻膜能(néng)有效減緩當地冰川的融化。

圖4. 通過(guò)分層設計對明的CA膜來保護冰雪

對(duì)高緯度地區冰的冷卻效應進(jìn)行建購國模分析

研究人員通過(guò)建立模了化型對(duì)擴大規模情況下該薄膜的預期冷卻效果進票路(jìn)行評估。研究人員通過(guò)子舊熱力學(xué)模型研究了一個大小為幾十平方公裡(麗笑lǐ)（相當于一個大型滑雪場的大小）鐘村的冰山（從母體冰川斷開(kāi)的大塊冰）都友融化情況。結果發(fā)現，該冰山在夏季通過北飛(guò)融化損失了1m的厚度。相比之下，分層的CA膜使民月冰山的厚度增加了1m。此外，研究人員利用氣候模型實驗，將(jiāng)分層微上去排列的CA薄膜擴展到(dào)波弗特海流區域内的海冰上。在這輛草(zhè)些特定區域内，有CA膜保護的海冰濃度增麗外加了5%~40%，厚度增加了0.5~2.5m，這生光(zhè)表明該方法能(néng)夠對(duì)高緯度地區的冰系統進體區(jìn)行有效的區域/目标保護。

最後(hòu)，研究人員還(業冷hái)充分考慮了該分層設計的CA膜在使用壽命結束時(sh男拍í)的生物降解性。土壤暴露試驗（在北緯31度的南京自錯）表明，分層設計的CA膜在開(kāi)發議算(fā)輻射冷卻材料的各種(zhǒng)聚合物中表現歌西出最佳的生物降解性。因此，認為其能(néng)為不同站劇緯度的冰雪提供了環境友好(hǎo)的保護。

圖5. 對(duì)高緯度地區的冰域訊亮的保護