近日，我校材料科学与工程学院马文教授团队在新型无机氧化物被动辐射冷却材料研究中取得重要进展。研究发现，通过Zn掺杂可有效调控SrZrO3晶体的光学性能，显著提升其在太阳光谱波段的高反射率与大气窗口波段的高发射率，从而实现高效、无能耗的日间辐射冷却。该研究为开发新型节能环保型辐射冷却材料提供了重要理论与实验依据。
被动日间辐射冷却技术作为一种零能耗制冷方式，近年来受到广泛关注。SrZrO3作为一种宽带隙（5.6 eV）钙钛矿陶瓷，具备优异的红外发射性能和化学稳定性，是潜在的理想辐射冷却材料。然而，其太阳反射率与大气窗口发射率仍有提升空间。为此，研究团队通过溶胶-凝胶法与固相合成法相结合，成功制备了一系列Zn掺杂的SrZrO3晶体，系统研究了Zn掺杂对晶体结构、电子结构、光谱辐射性能及辐射冷却性能的影响。
图1 文章图形摘要
研究发现，Zn掺杂不仅引起晶格膨胀和氧空位增加，降低晶格对称性，还通过调控能带结构提高了材料在0.3–2.5μm波段的折射率，从而显著提升了太阳反射率。最优组分的SrZr0.75Zn0.25O2.75晶体粉末的太阳反射率高达0.892，大气窗口发射率达0.954，均优于未掺杂SrZrO₃。基于该材料制备的涂层在太阳辐照度为654 W·m-2条件下，最高可实现15.3 °C的降温效果，最大净辐射功率达64.7 W·m-2。
此外，该涂层在21天户外暴露后仍保持稳定的辐射冷却性能，展现出优异的耐候性与紫外稳定性，具备在光伏逆变器箱体、建筑外墙等高温高湿环境中应用的潜力。
图2 (a-j) SZZO-25涂层在21天户外暴露实验中的实时照片. (k-l) SZZO-25涂层户外暴露前后的水接触角
该研究结合实验与第一性原理计算，深入揭示了Zn掺杂对SrZrO₃光学性能的调控机制，为高性能无机辐射冷却材料的设计与开发提供了新思路。
本研究以《Engineering the optical properties of SrZrO3 crystals via Zn doping for superior passive daytime radiative cooling》为题，于2025年在线发表于《Journal of Advanced Ceramics》（中国科学院一区，IF：16.6）上。论文通讯作者为内蒙古工业大学材料科学与工程学院马文教授与尹轶川讲师，第一作者为李扬扬博士。内蒙古工业大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。
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论文链接：https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221107
文字、图片：材料科学与工程学院
