以可持續的方式避免冰雪在日光下融化鐵道是十分重要的課題，其涉及到(dào)從日常的冷鍊食品到(dào)冰上運呢那動，再到(dào)高海拔/高緯度地區的冰山融化等人類生活中的衆多領域什器。據統計，全球可保存的40%的食物（約店下4億t）是通過(guò)冷鍊來保存的，而這(zhè)消日購耗了全球11%的電力，導緻了全鐘一球約2.5%的溫室氣體排放。

在太陽光下，冰的融化與冰系統中能(néng)量流的變討近化息息相關。圖1概述了不同緯度下冰的代表性熱流。從圖中資技可以看出，太陽輻射（波長(ch信有áng)0.3~2.5μm）是最主要的熱負荷，導日化緻了冰溫的上升和随之而來的融化。同時(shí)，鐘拿中紅外輻射（波長(cháng)2.5~18μm）是抵消紙開這(zhè)一趨勢的主要能(néng)量流。風多因此，探索一種(zhǒng)可持續的途徑來平衡該能(n我麗éng)量流，從而實現陽光下各種(zhǒng)冰系統的被(bèi村個)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

最近，日間輻射冷卻的蓬勃發(fā)展為平衡能(n如國éng)量流提供了策略。研究人員開(kāi)發(f司風ā)了各種(zhǒng)特殊的明服材料和結構，如多層/圖案化的光子結構、基于納米顆粒/多孔聚合物的薄膜、冷音內卻木材以及超白塗料（太陽反射率大于0.95）見爸。在晴朗的日光裡(lǐ)，上述南木方法的實驗冷卻功率可以達到(dào)4子刀0~100 W·m－2，亞環境冷卻溫度為3~13°C。然而，為了在上畫陽光下保存冰，除了傳統的考慮之外，還(hái)她北有幾個嚴格的要求。首先，在實際應雜風用中需要冰的溫度要較低，因此，其需到了要非常高的輻射冷卻性能(néng)。例如，據計算，將(jiāng)黃吧淨輻射功率從70 W·m－2增加到(dào)110 W·m－2跳知,可以防止冰/冰凍食物的融化，而不需要額男做外的冷藏裝置。此外，出于冰凍保存的特殊要求國笑，輻射冷卻材料必須是來源豐富、可量産，并具對(秒短duì)環境有較低的影響。

鑒于此，南京大學(xué)朱嘉、汪名懷合作開(kāi)校去發(fā)了一種(zhǒng)基于醋酸纖維素（cellul山綠ose acetate，CA）的分層式輻射冷卻薄膜，該薄膜可量自知産、生态友好(hǎo)，并且可以在作兒陽光下為各種(zhǒng)形式/規模的冰提供有效的被(bèi)動防護。這(z請愛hè)項工作為開(kāi)發(fā)有效、可量産、可持續的冰雪保護提物得供了一種(zhǒng)重要途徑，并為生态系統中其他關鍵元素兵坐的保存途徑提供了靈感。該研究以題為“Protec笑女ting ice from melting under sunlight vi美到a radiative cooling”的論文發(fā劇們)表在《Science Adv歌一ances》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，計她有利于高性能(néng)的大規模冷卻。些資定制的孔隙作為進(jìn)入的太陽輻射的有效散射中心，賦予了CA薄膜高太陽反射老鄉率。因此，分層設計的薄膜能(n森美éng)夠最大限度地減少陽光下冰的熱負荷，實現對(duì)我愛不同緯度下冰系統的有效被(bèi)動保護。在生命周期結束時(shí)，分層設計票船的CA薄膜可以被(bèi)自然界的微生物所消化，并被(bèi)分解成(c文厭héng)CA。分層設計的CA兵開薄膜的原料來自天然纖維素，廣泛存在于植物的細胞膜内，可以從天然植物的細胞金笑胚胎中獲得。

圖2 多孔CA膜的分層設計和生命周期

研究人員通過(guò)分層設計實下火現了CA薄膜的理想光學(xué)特性，的山并測量了該分層設計的CA薄膜的冷窗黃卻溫度和冷卻功率。冷卻溫度被(bèi)定義為薄膜車制從環境溫度中的溫度降低值。在陽光直射下，分層設計的CA膜實現了高達1吧熱10 W·m－2的冷卻功率和12℃左右的冷卻溫度，這(zh做司è)證實了該分層設計的CA膜具有良好(h劇輛ǎo)的輻射冷卻能(néng)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）是兩(liǎng)種山來(zhǒng)有代表性的地貌。它們具有不同的太陽反射率，但具有相家睡似的中紅外發(fā)射率。研究人員展示了分層設計的CA膜多冷對(duì)冰和雪表面(miàn銀放)的被(bèi)動冷卻效果。如下圖所示，在高緯度地區，冰的融化是時會由入射太陽輻射和中紅外輻射輸出的輻射能(néng)量轉移過(guò)程主從中導的。由于入射太陽輻射和中紅外輻射輸出都(dōu)與表面(miàn嗎吃)積的大小無關，研究人員通過(guò)小市子規模的實驗來評估分層設計的CA薄膜在高緯度地區對(duì照店)冰的冷卻效果。結果表明，在有和沒(méi)有廠國分層設計的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 門時W·m－2的太陽輻射下，帶有分層設計的CA膜的冰的就南表面(miàn)溫度仍比環境溫度低約7℃。

除了冰，分層設計的CA膜對(duì)雪面(m我什iàn)也有很好(hǎo)的保護作用。研究人員對(duì)有和沒(méi友女)有分層設計的CA膜的雪面(miàn)進(jìn)行了實地測試。結店藍果表明，帶有分層CA材料的雪的殘留物比裸露的雪多出50%。更多的結果也直舊看接證明了該輻射冷卻膜能(néng)有效減緩當地冰畫門川的融化。

圖4. 通過(guò)分層設計的CA膜來保數說護冰雪

對(duì)高緯度地區冰的冷卻效應進(jìn)行建模分析

研究人員通過(guò)建立模型對(d科農uì)擴大規模情況下該薄膜的預期冷卻效果的房進(jìn)行評估。研究人員通過(來女guò)熱力學(xué)模型研究了一個大小黑線為幾十平方公裡(lǐ)（相當于一麗歌個大型滑雪場的大小）的冰山（從母體冰川斷開(kā機房i)的大塊冰）融化情況。結果發(fā)現，該冰山在夏季通過(guò)劇厭融化損失了1m的厚度。相比之下，分層的CA膜使冰山的厚度增加了1m。此外，研小西究人員利用氣候模型實驗，將(jiāng)分層去排列的CA薄膜擴展麗知到(dào)波弗特海流區域内的海冰上。在這(zhè)話紙些特定區域内，有CA膜保護的海冰濃算女度增加了5%~40%，厚度增加了0.5~笑劇2.5m，這(zhè)表明該方法能(néng)夠對(duì)高緯度地區的冰近西系統進(jìn)行有效的區域/目标保護。

最後(hòu)，研究人員還(hái)充分考慮了該分層設計的C微業A膜在使用壽命結束時(shí)的生物降解性。土壤暴露試驗（大日在北緯31度的南京）表明，分層設計的CA膜在開也黑(kāi)發(fā)輻射冷卻材料的各種(zhǒng)劇明聚合物中表現出最佳的生物降解性。因此，認為其能(néng如錢)為不同緯度的冰雪提供了環境友好(hǎo去物)的保護。

圖5. 對(duì)高緯度地區的冰域的保護公就