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受斑馬啟發的輻射調制器，通過金屬有機框架實現針對氣候條件的熱管理
《Science China-Materials》：Zebra-inspired radiative modulator for climate-customized thermal management enabled by metal-organic framework
【字體： 大 中 小 】 時間：2026年01月10日 來源：Science China-Materials 7.4
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建筑節能技術通過仿生輻射調制器實現氣候自適應調控，其創新性材料結構結合多孔膜與碳基吸收層，有效突破傳統材料的光熱耦合限制，實驗顯示日間溫度調控范圍達-4.3至12.1℃，年能耗較純系統降低2.7-9.9%。
全球氣候變化的加劇導致建筑物的冷卻/供暖能源需求急劇上升，嚴重削弱了城市的可持續性。盡管動態熱管理技術在減少建筑碳足跡方面展現出潛力，但現有的主動調節系統仍受到能耗較高的模式切換機制和不可持續的運營成本的制約。在這里，我們開發了一種受斑馬啟發的輻射調節器（ZIRM），通過空間分隔集成輻射冷卻（RC）和輻射加熱（RH）功能單元來實現針對不同氣候條件的建筑熱管理。該材料的創新之處在于采用了混合薄膜結構，結合了纖維素醋酸酯/沸石咪唑框架-L（ZIF-L）多孔膜（太陽反射率約為95%，熱發射率約為0.88）和MXene/ZIF-67衍生的碳基吸收層（太陽吸收率約為93%，熱發射率約為0.37），從而解決了傳統材料固有的光熱耦合問題。實驗驗證表明，通過可編程調節RC/RH面積比，可以在白天實現-4.3至12.1°C的寬范圍溫度差控制。建筑能耗模擬顯示，ZIRM的年能耗為1.45×1010 GJ，相比純RC系統和純RH系統分別減少了9.9%和2.7%。這種“配置-環境-性能”預測模型為碳中和建筑提供了一種范式轉變的解決方案，將材料創新與針對氣候條件的工程策略相結合。
全球氣候變化的加劇導致建筑物的冷卻/供暖能源需求急劇上升，嚴重削弱了城市的可持續性。盡管動態熱管理技術在減少建筑碳足跡方面展現出潛力，但現有的主動調節系統仍受到能耗較高的模式切換機制和不可持續的運營成本的制約。在這里，我們開發了一種受斑馬啟發的輻射調節器（ZIRM），通過空間分隔集成輻射冷卻（RC）和輻射加熱（RH）功能單元來實現針對不同氣候條件的建筑熱管理。該材料的創新之處在于采用了混合薄膜結構，結合了纖維素醋酸酯/沸石咪唑框架-L（ZIF-L）多孔膜（太陽反射率約為95%，熱發射率約為0.88）和MXene/ZIF-67衍生的碳基吸收層（太陽吸收率約為93%，熱發射率約為0.37），從而解決了傳統材料固有的光熱耦合問題。實驗驗證表明，通過可編程調節RC/RH面積比，可以在白天實現-4.3至12.1°C的寬范圍溫度差控制。建筑能耗模擬顯示，ZIRM的年能耗為1.45×1010 GJ，相比純RC系統和純RH系統分別減少了9.9%和2.7%。這種“配置-環境-性能”預測模型為碳中和建筑提供了一種范式轉變的解決方案，將材料創新與針對氣候條件的工程策略相結合。
