在當今追求可持續(xù)能源解決方案的背景下，光作為一種強大且可持續(xù)的資源，其高效利用對多種光中心技術(shù)至關(guān)重要。超白色材料因其獨特的光相互作用能力而備受關(guān)注，尤其在熱管理（如輻射冷卻）領(lǐng)域。然而，由于缺乏有效且可擴展的微納結(jié)構(gòu)調(diào)控方法，實現(xiàn)具有極端光學性能的材料仍是一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無機顆粒材料如二氧化鈦、氧化鋁等雖廣泛應用，卻存在生物安全性問題和納米顆粒二次污染的潛在風險，且其太陽反射率通常低于0.9，無法滿足理論極限要求。纖維素作為一種可持續(xù)、生物相容性高的材料，因其可調(diào)控的納米/微米結(jié)構(gòu)和機械強度而成為理想候選者，但其低折射率（1.56）限制了光散射效率，難以實現(xiàn)超白性能。
近日，南京林業(yè)大學蔡晨陽副教授、丁春香博士提出了一種簡單的自上而下策略——可編程球磨法，利用可持續(xù)纖維素在無溶劑結(jié)構(gòu)重建過程中開發(fā)出可擴展的超白色光子材料。通過不同表面活性劑的輔助，纖維素在剪切/沖擊變形和重組過程中形成了一系列特殊結(jié)構(gòu)（如晶體狀、顆粒狀、片狀等），稱為異質(zhì)結(jié)構(gòu)纖維素光子材料（HCPM）。該材料在可見光區(qū)實現(xiàn)了高達99.3%的太陽反射率，這是低折射率材料中前所未有的成就。研究還提出了各向異性散射機制解釋這一現(xiàn)象，并結(jié)合中紅外區(qū)0.978的高發(fā)射率，實現(xiàn)了白天6°C的輻射冷卻效率。此外，HCPM還可作為改性劑，用于調(diào)控織物、氣凝膠和涂料的光學結(jié)構(gòu)，為能源與環(huán)境領(lǐng)域的光學超材料規(guī)模化生產(chǎn)提供了通用策略。相關(guān)論文以“Bioinspired Superwhite Cellulose Photonic Materials with Anisotropic Diffusion Scattering for Passive Radiative Cooling”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials 上。
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