1 研究背景
随着全球气候变暖，建筑能耗问题日益突出，尤其是制冷设备的能耗占据了全球总能耗的40%以上。传统的制冷方式不仅耗能巨大，还加剧了温室气体排放。因此，开发一种能够被动降温的建筑材料成为了科学家们的研究重点。
近年来，辐射冷却材料因其能够通过大气透明窗口将热量辐射到外太空而备受关注。然而，现有的辐射冷却材料大多难以大规模应用于建筑结构中。本文通过利用DNA和明胶（GE）制备了一种具有光致发光特性的生物质气凝胶，实现了可见光反射率超过100%的突破性进展，为建筑节能提供了新的解决方案。
2 本文要点
① 光致发光增强反射率。通过DNA和明胶的协同作用，生物质气凝胶在可见光区域实现了104%的太阳光反射率，显著提升了降温效果。光致发光机制将紫外光转化为可见光，进一步增强了材料的反射能力。
② 大规模制备与可持续性。该气凝胶通过水焊接技术实现了大规模制备，具有优异的可修复性、可回收性和生物降解性，能够在生命周期内实现环境友好型应用。
③ 高效降温效果显著。实验表明，该气凝胶在白天能够将环境温度降低16°C，夜间也能保持显著的降温效果，适用于多种气候条件下的建筑节能应用。
图1. 生物质气凝胶的制备过程及其可持续性应用
图2. DNA与明胶之间的强动态离子氢键作用
图3. 气凝胶的可修复性、可回收性和生物降解性
图4. 气凝胶的光致发光机制及其在辐射冷却中的高效表现
3 研究结论
本文开发了一种基于DNA和明胶的光致发光生物质气凝胶，通过其独特的多层结构和光致发光特性，实现了可见光反射率超过100%的突破性进展。
该材料不仅具有优异的降温效果，还能够通过水焊接技术实现大规模制备，具备可修复性、可回收性和生物降解性，确保了其在生命周期内的环境友好性。
实验表明，该气凝胶在白天能够将环境温度降低16°C，夜间也能保持显著的降温效果。这种材料的广泛应用有望大幅减少建筑能耗，降低碳排放，为未来的可持续建筑提供了新的方向。
文章信息
Jian-Wen Ma, Fu-Rong Zeng, Xin-Cen Lin, Yan-Qin Wang, Yi-Heng Ma, Xu-Xu Jia, Jin-Cheng Zhang, Bo-Wen Liu, Yu-Zhong Wang, Hai-Bo Zhao*. Science, 385, 68–74 (2024).
https://doi.org/10.1126/science.adn5694