激光诱导热解实现辐射制冷与太阳能加热的单片集成材料创新

研究人员针对传统热管理系统高能耗、高污染问题，通过激光诱导热解（SLP）技术将透明聚二甲基硅氧烷（PDMS）转化为多功能材料（LIPP），实现单片集成辐射制冷（LIPP-C反射率94.6%）与太阳能加热（LIPP-H吸收率94%），建筑屋顶应用可年节能26.5%，并开发Janus结构和全激光图案化热电装置（STD），为可持续热管理提供创新方案。

　　

在全球建筑能耗中，热管理（如供暖与制冷）占比高达48%，传统技术依赖化石燃料和制冷剂，不仅消耗有限资源，还贡献了10%的温室气体排放。被动式零能耗技术如辐射冷却（Radiative cooling）和太阳能加热（Solar heating）虽具潜力，但现有材料多需复杂制备工艺或仅能单一功能运作，难以适应多变气候。针对这一挑战，韩国首尔大学Seung Hwan Ko团队在《Joule》发表研究，提出通过连续激光热解（SLP）将透明PDMS转化为兼具制冷与加热功能的单片材料（LIPP），为可持续热管理开辟新路径。

研究采用直接激光写入（DLW）技术，通过调控激光能量密度，在PDMS表面形成微纳结构，分别制备高反射率的冷却材料（LIPP-C）和高吸收率的加热材料（LIPP-H）。关键实验包括光学性能模拟、户外温控测试（LIPP-H升温58.1°C，LIPP-C降温5.89°C）及建筑节能模拟。此外，团队开发了双面不同激光处理的Janus结构LIPP，并实现全激光图案化的太阳能热电装置（STD）和水收集系统。

研究结果

1. 材料特性调控：低能量激光制备的LIPP-H太阳能吸收率达94%，高能量激光制备的LIPP-C太阳光反射率94.6%、热辐射率99.2%，其多孔结构还赋予超疏水性。
2. 气候适应性验证：在迪拜等多元气候城市模拟中，LIPP屋顶可年节能26.5%。
3. 功能扩展：Janus结构LIPP实现可逆温控；全激光STD整合热电材料（TE）、电极和LIPP光学调制器，直接发电；LIPP基水收集系统展示多场景应用潜力。

结论与意义
该研究首次通过单一材料（PDMS）和激光加工实现双模热管理，突破传统技术功能局限。DLW技术的精确调控能力使材料光学性能可定制，Janus结构和STD装置则拓展了其在智能建筑、能源收集等领域的应用。这种“材料-工艺-应用”全链条环保策略，为零能耗热管理技术发展提供了新范式，尤其对应对气候变化和建筑节能具有重大实践价值。