一种高功率、柔性且可磁吸附的辐射制冷膜

年显勃 ,  林耕德 ,  李可 ,  黑吉芳 ,  韩佶宏 ,  李云 ,  郭春生 ,  林瀚 ,  郑金川 ,  贾宝华

Engineering ›› 2025, Vol. 49 ›› Issue (6) : 128 -140.

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Engineering ›› 2025, Vol. 49 ›› Issue (6) : 128 -140. DOI: 10.1016/j.eng.2024.08.026
研究论文

一种高功率、柔性且可磁吸附的辐射制冷膜

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A High-Power, Flexible, and Magnetically Attachable Radiative Cooling Film

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摘要

辐射制冷是一种零能耗、环境友好的被动制冷技术。当前研究主要聚焦于优化辐射制冷膜的光学性能以提升制冷效果。在实际应用中，膜体与目标物体之间的热接触质量对最终性能影响显著，但这一关键界面导热问题长期以来被忽视。本研究提出并实验验证了一种高功率、柔性且可磁吸附的辐射制冷膜，其结构由柔性磁性基底与聚合物超表面构成。该一体化设计使其能够便捷地吸附于钢铁表面并实现紧密热接触，在保证极低热阻和温度均匀分布的同时，支持快速拆卸与重复使用。相较于非磁性辐射制冷膜，该磁性膜展现出更优异的制冷性能：在日光照射下可使不锈钢表面温度降低15.2 ℃，其温降幅度比非磁性膜高出3.6 ℃；在70 ℃工作温度下，其辐射制冷功率可达259 W∙m-2。与依赖导热脂或导热胶等传统固定方式不同，本方法兼具操作简便、贴合紧密与可重复使用等优势，在非水平、不规则表面等传统难贴附场景中展现出良好的适用性和成本效益，为辐射制冷技术的实际推广提供了新的可行路径。

Abstract

Radiative cooling is an environmentally friendly, passive cooling technology that operates without energy consumption. Current research primarily focuses on optimizing the optical properties of radiative cooling films to enhance their cooling performance. In practical applications, thermal contact between the radiative cooling film and the object significantly influences the ultimate cooling performance. However, achieving optimal thermal contact has received limited attention. In this study, we propose and experimentally demonstrate a high-power, flexible, and magnetically attachable and detachable radiative cooling film. This film consists of polymer metasurface structures on a flexible magnetic layer. The monolithic design allows for convenient attachment to and detachment from steel or iron surfaces, ensuring optimal thermal contact with minimal thermal resistance and uniform temperature distribution. Our magnetic radiative cooling film exhibits superior cooling performance compared to non-magnetic alternatives. It can reduce the temperature of stainless steel plates under sunlight by 15.2 °C, which is 3.6 °C more than that achieved by non-magnetic radiative cooling films. The radiative cooling power can reach 259 W∙m−2 at a working temperature of 70 °C. Unlike other commonly used attachment methods, such as thermal grease or one-off tape, our approach allows for detachment and reusability of the cooling film according to practical needs. This method offers great simplicity, flexibility, and cost-effectiveness, making it promising for broad applications, particularly on non-horizontal irregular surfaces previously considered challenging.

关键词

辐射制冷 / 热管理 / 磁性 / 柔性 / 制冷功率

Key words

Radiative cooling / Thermal management / Magnetic / Flexible / Cooling power

引用本文

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年显勃,林耕德,李可,黑吉芳,韩佶宏,李云,郭春生,林瀚,郑金川,贾宝华. 一种高功率、柔性且可磁吸附的辐射制冷膜[J]. 工程（英文）, 2025, 49(6): 128-140 DOI:10.1016/j.eng.2024.08.026

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1 引言

制冷能耗在全球能源消耗中占比极高，制冷不仅影响着个人的舒适度、工作效率与健康水平，也加剧了全球的能源压力和温室气体排放[1]。在快速城市化进程的推动下，全球对制冷的需求不断增长，这使得研发可持续且高能效的制冷方案变得尤为迫切。与传统主动制冷方式不同，辐射制冷技术以其零能耗运行、环境友好等特性，近年来受到学术界与工业界的广泛关注。辐射制冷技术的基本原理是利用大气透明窗口（8~13 μm）将热量以红外辐射的形式直接散发至低温的外太空，从而实现无需能耗的被动降温，并有效缓解因废热积聚导致的环境问题[2‒3]。为实现高效的日间辐射制冷，材料不仅需要在大气窗口内具备高红外发射率，还应在太阳光谱范围内（0.3~2.5 μm）具有高反射率，以最大限度抑制太阳辐射带来的热增益[4‒8]。近年来，该领域的研究逐渐向多功能集成与实用化拓展，如将辐射制冷与可持续能源收集系统相结合或开发适用于可穿戴设备的柔性制冷材料[9‒13]。然而，在实际应用过程中，制冷膜与目标物体之间的界面热传导效率对整体性能具有决定性影响。提高界面间隙热导、降低接触热阻，是充分发挥辐射制冷潜力的关键，但这一问题至今仍未得到充分重视与研究[14]。

日间辐射制冷材料的最新进展主要集中在光子多层结构、超材料/超表面以及聚合物材料等方向[15‒18]。其中，光子多层结构通常厚度（>1 mm）较大，导致其热阻偏高、制冷性能受限[19‒22]，且材料刚性较强，难以适配非平面应用场景。相比之下，超材料/超表面结构能够将辐射制冷膜的厚度显著压缩至数十微米量级[23‒26]，但其制备工艺复杂、成本高、周期长，制约了其规模化生产与应用。聚合物基辐射制冷膜[16,27‒31]则兼具柔韧性、超薄、超轻等特性，并与低成本、大规模制备工艺高度兼容。该类材料可贴合于非平面表面（如竖直墙面、曲面等）[32‒33]，从而将辐射制冷技术的应用范围从传统建筑拓展至各类物体与材料表面，特别是广泛使用的钢铁基体，如车辆、电池柜、大型集装箱、登机廊桥、数据中心、报亭、配电箱、音频放大器、基站、简易房和仓库等（附录A中的注释S1）。这类钢铁材料本身导热系数高、热容大，且在太阳直射下易吸收热量升温，因而其制冷问题亟待解决。然而，目前尚缺乏专门针对此类钢铁表面应用场景设计的辐射制冷薄膜。

在典型辐射制冷系统中，物体与制冷膜之间的热传导效率与膜体自身的热辐射性能具有同等重要的地位。物体与制冷膜之间热接触不良会导致热量无法被有效提取，辐射制冷潜力难以充分发挥，严重制约整体性能[34‒36]，因此亟须开发一种能够确保制冷膜与物体表面紧密贴合的方法，以优化界面热传导。为实现规模化应用，该方法还须兼顾成本效益与使用灵活性，允许根据天气条件及制冷需求的变化对薄膜进行快速安装与拆卸。在传统方案中，采用导热胶等热界面材料虽可改善热接触[37‒39]，但在大尺寸表面上实现均匀涂布存在技术难度，且一旦固化便难以拆卸，限制了其重复使用。类似地，制冷漆虽便于大面积施工，但通常设计为永久性或长期使用，在低温无需制冷时难以移除。导热硅脂作为液态热界面材料，虽具备一定的可拆卸性，但其流动性导致其在垂直表面上稳定性不足，不适用于长期或动态变化的工况。更重要的是，上述策略均难以满足需频繁装拆辐射制冷膜的应用场景需求。

除采用热界面材料填充空气间隙外，提高界面间的接触压力也是降低热阻的有效途径。Li等[40]以聚酰亚胺（PI）薄膜为基底，利用高压电产生的麦克斯韦力实现了制冷膜与物体表面的紧密热接触。该方法支持辐射制冷膜的分离与重复使用，但仍存在明显局限：静电吸附机制要求基底为绝缘材料，这极大限制了其适用范围；同时，静电场无法持久维持，须持续消耗能量以保持紧密贴合。因此，如何开发一种兼具低接触热阻、易于装拆、支持全天候运行且具备长期稳定性的辐射制冷膜，仍是当前研究面临的重要挑战。

本研究成功开发了一种柔性、可磁吸附的辐射制冷膜，该膜通过稳定磁吸力实现与钢铁表面的紧密贴合，显著降低界面接触热阻，进而达成高效的全天候制冷效果。实验表明，该磁性辐射制冷膜在亚环境温度及高温工况下均表现出优异的制冷性能，尤其在高于环境温度的场景中，其性能显著优于非磁性对照样品。在实际车辆应用中，贴附于汽车引擎盖的磁性制冷膜可实现白天高达25 ℃的降温。此外，该膜具备出色的机械强度、长期稳定性与可重复使用性，能够很好地满足前述各类钢铁表面物体的制冷需求。在动态热管理场景（附录A中的注释S2）中，该膜层因可频繁装拆而展现出独特的应用优势。其可重复使用特性为辐射制冷技术的大规模、低成本部署提供了可行的路径。

2 方法

2.1 样品表征

采用扫描电子显微镜（SEM; RAITH150 Two, RAITH, Germany）观察样品的微观结构。利用3D光学轮廓仪（Bruker Contour GT-K1, Bruker, Germany）获取制冷膜的3D形貌图像。通过紫外-可见-近红外（UV-VIS-NIR）光谱仪（PerkinElmer Lambda 1050, PerkinElmer, USA）与两台傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet IS50, Nicolet, USA；Bruker Hyperion 2000, Bruker, Germany）分别测量样品的反射率（ρ）与透射率（τ）。最终根据公式 E = 1-ρ-τ 计算得到其发射率（E）。

2.2 机械性能测量

采用电子万能试验机（SUNS UTM5015, SUNS, China）对辐射制冷膜进行拉伸强度测试。测试样品为哑铃形，总长为60 mm，宽度为20 mm，标距为20 mm。实验设定十字头位移速率为10 mm·min-1。

2.3 热测量

环境空气及样品的温度使用K型热电偶（KAIPUSEN TT-K-44, KAIPUSEN, China）测量，其温度数据由可编程逻辑控制器（Siemens 6ES7288-1ST30-0AA1, Siemens, Germany）进行采集，系统测温分辨率为± 0.1 ℃。同时，采用工作波长为7.5~13 µm的红外热像仪（FLIR A315, Teledyne FLIR, USA）拍摄样品的红外热图像。

3 结果与讨论

3.1 磁性辐射制冷薄膜原理

当辐射制冷膜（制冷器）覆盖于物体表面时，热量首先传递至物体与制冷膜的接触界面，随后经膜内部结构传导至其上表面，最终以热辐射形式发射至低温外太空[图1（a）]。具体而言，制冷效应主要通过膜上表面的热辐射实现。其制冷功率取决于薄膜温度，而该温度受材料自身导热性能的显著影响。为了实现显著的降温效果，应尽可能地提高辐射制冷膜的热导率，从而高效地将热量从物体传导至制冷膜表面。制冷膜的热导率（K），可表示为K = d/R，其中d 为材料厚度，R 为热阻。因此，提高传热效果的方法包括选择低热阻材料或合理减小膜厚度。当热量在固体界面之间传递时，会在接触区域产生额外的传递阻力，称为接触热阻（Rc），其表达式为

Rc=∆Tq

式中，ΔT 为接触界面两侧的温差；q为通过界面的热流密度。在热流密度恒定的条件下，较大的接触热阻会导致界面温差增大，从而削弱传热效率。为有效抑制接触热阻带来的负面影响，本研究提出了一种低热阻磁性辐射制冷膜。该薄膜采用三层复合结构设计，由上层的聚合物超表面（PM）结构、中层的金属反射层及底部的柔性磁性层组成[图1（b）]，通过磁性吸附实现与目标物体表面的紧密贴合，从而显著提升界面传热性能。

超表面和超材料结构[41‒43]因具备对光谱响应的高精度调控能力[44‒47]，已在热管理领域获得广泛应用。以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为基底、背面镀覆银（Ag）层的PM结构，凭借其在太阳光谱范围内的高反射率与在8~13 μm大气窗口内的高热发射率，被公认为理想的昼间辐射制冷材料[29]。然而，若将此类光学结构直接贴附于物体表面而不采用热界面材料，界面处形成的空气间隙会显著增加接触热阻，导致实际制冷性能下降。为此，本研究创新性地引入高导热柔性磁性层作为复合基底，利用其磁吸附效应使膜体与钢铁表面形成紧密共形接触，从而最大限度抑制接触热阻。该磁性辐射制冷膜不仅具备优异的法向导热性能，还能牢固贴附于各类钢铁基材，即使是在曲面结构上也能有效消除气隙，显著提升界面传热效率[图1（c）和（d）]。这种优化的接触特性使得物体表面与制冷膜之间的温差显著减小，进而实现更高效的制冷效果。同时，该薄膜展现出良好的机械强度，为其在长期使用中的可靠性及可重复使用性提供了重要保障。

3.2 磁性辐射制冷膜的表征

本研究设计的磁性辐射制冷膜采用低成本、适于大规模生产的卷对卷工艺制备[图2（a）]，具体流程包括光刻压印、物理气相沉积（PVD）及层间黏合等关键步骤。首先，采用光刻压印技术在PET基底表面制备PM结构，所用掩模板通过激光纳米打印技术加工完成[45,48]。随后，在压印成型的聚合物膜背面通过PVD工艺沉积约200 nm厚的Ag。最后，采用导热胶薄层（附录A中的注释S3），将上述结构与柔性磁性制冷薄膜进行黏合封装。最终制得的柔性辐射制冷膜为三层结构：表层为50 μm厚、导热系数为0.24 W∙(m∙K)-1的PET，其上构筑PM结构；中间层为200 nm厚、导热系数为427 W∙(m∙K)-1的Ag反射层；底层为500 μm厚、导热系数为15 W∙(m∙K)-1的柔性磁性基底。图2（b）和（c）展示了该磁性辐射制冷膜成卷的实物照片。

图2（d）和（e）分别为该磁性辐射制冷薄膜的截面与俯视SEM（RAITH, Germany）图像。PET在可见光波段具备良好透光性，同时在中红外波段表现出较高的发射率，是一种兼具成本优势与应用潜力的日间辐射制冷材料。此外，PET还具有优异的机械强度与环境稳定性，在强紫外线照射条件下（附录A中的注释S4）仍能保持性能稳定。为进一步提升PET层在大气透明窗口内的发射率，我们在其表面[图2（f）]设计并制备了一种周期性沟槽状PM结构（该结构由周期为8 μm、孔径为6.5 μm 的方孔阵列构成，详见附录A注释S5中的图S1），通过其光谱调控作用，使结构化PET的发射光谱与大气透明窗口实现良好匹配。根据附录A中的注释S6和图S2所示，该磁性辐射制冷薄膜具备全向吸收与发射特性，在8~13 μm的主大气窗口内红外发射率高达95%，同时在0.3~2.5 μm的太阳光谱范围内反射率超过90% [图2（g）]。柔性磁性层为一种复合材料，其磁性成分均匀分散于弹性聚合物基体中。具体而言，该层由橡胶聚合物树脂（占比35%）与钡铁氧体粉末共混制成，相关磁性参数见附录A中的表S1。在实际应用中，良好的机械强度与稳定性是实现薄膜可重复使用与延长服役寿命的关键。为此，我们采用电子拉伸试验机分别对含柔性磁性层与不含磁性层的制冷薄膜进行了力学性能测试[图2（h）与（i）]。结果表明，磁性辐射制冷薄膜的最大拉伸应变达到60%，显著高于非磁性对照样品的43%，证明柔性磁性层的引入有效增强了膜体的整体拉伸强度[图2（j）]，进而有助于提升其长期使用稳定性、可重复利用性及综合成本效益。

为表征磁性层对热传导性能与接触热阻的影响，我们在恒温加热台上对三组辐射制冷薄膜进行了对比测试[图3（a）]，具体包括：磁性辐射制冷薄膜（样本1），直接磁吸附于不锈钢加热台表面；非磁性辐射制冷薄膜（样本2），使用导热硅脂与台面黏合；另一张非磁性辐射制冷薄膜（样本3），则直接放置在加热台表面（不使用热界面材料），作为对照组。利用热像仪记录各样本的温度分布[图3（b）]发现，磁性制冷薄膜（样本1）的表面温度最接近加热台设定的40 ℃，说明其具备最优的界面传热能力。样本1和样本2的温度均显著高于存在明显空气间隙的样本3，进一步验证了消除气隙对提升导热效率的关键作用。值得关注的是，尽管磁性膜整体厚度较大，样本1的温度仍略高于使用导热硅脂的样本2，这主要得益于磁性层更高的本征热导率（附录A中的注释S7和图S3）以及磁吸附作用产生的持续压力显著降低了界面接触热阻。此外，由于导热硅脂在涂覆过程中存在分布不均、厚度控制困难等问题，样本1的温度分布均匀性显著优于样本2，表明磁性吸附方式在实现稳定热管理方面更具优势。

样本1能够实现从物体到薄膜的高效热传导，这得益于磁性层磁吸附效应所产生的接触压力。该压力通过减小界面间隙、增大有效接触面积，显著降低了接触热阻。我们通过仿真（附录A注释S8中的图S4和图S5）系统研究了接触热阻随压力的变化规律，结果显示其随压力增大而显著减小[图3（c）]。通常，磁性层引入的压力会随着柔性磁性层厚度的增加而增大，从而降低接触热阻。然而，较厚的磁性层会带来更大的固有热阻。薄膜的整体冷却效果需要在降低固有热阻（较小厚度）和增加磁性附着力（较大厚度）之间取得平衡。为优化磁性层厚度，我们测量了具有不同厚度（300 μm、400 μm和500 μm）柔性磁性层的制冷薄膜磁吸附力，结果分别为0.6 kPa、1.3 kPa和2.1 kPa。基于接触热阻理论模型[图3（c）]，接触热阻随厚度增加呈下降趋势，其中500 μm厚磁性层的接触热阻最低，为6.6 K∙W-1。此时，其本征热阻（3.3 × 10-5 K∙W-1）远低于接触热阻，表明界面传热是系统的主要限制环节。需要说明的是，磁性层厚度继续增加将导致薄膜柔韧性下降。综合以上因素，本研究最终选定500 μm作为柔性磁性层的最佳厚度。为验证上述仿真与理论分析结果，我们对三种不同磁性层厚度（300 μm、400 μm和500 μm）的制冷薄膜进行了加热台实验测试。实验结果显示，500 μm厚度样品的表面温度最接近加热台设定温度，表现出最优的热传导性能，与前期仿真及理论预测高度吻合（图S5）。

磁性辐射制冷薄膜的优异热性能在其温度分布直方图与等高线图中得到直观体现[图3（d）和（e）及附录A中的注释S9]。如图3（d）所示，在磁吸附作用与高导热特性的协同下，样本1的平均温度为39.59 ℃，标准差仅为0.11。加热台与薄膜表面温差（ΔT）小于0.5 ℃，表明从物体到薄膜的热传递效率高达99%。极低的标准差进一步验证了其温度分布的高度均匀性，这对实现高效辐射制冷具有重要意义。相比之下，样本2的平均温度与标准差分别为39.46 ℃和0.15，表明其传热效率与温度均匀性均较差。该结果反映出导热硅脂的性能受其热导率、黏度及施工一致性影响显著，在实际应用中易引入不确定性（附录A中的视频S1）。而样本3因存在明显空气间隙与高接触热阻，平均温度仅为37.25 ℃，标准差高达1.69，热性能表现最差。上述对比表明，磁性辐射制冷膜在安装便捷性、热传导效率方面均优于传统贴附方式。若在实际应用中忽视界面热管理，仅简单贴合制冷薄膜，将难以实现有效的制冷效果。

3.3 磁性辐射制冷薄膜的制冷性能

我们通过测量实际温差与制冷功率，系统评估了磁性辐射制冷薄膜的制冷性能（图4）。图4（a）和（b）分别为实验装置的示意图与实物照片，详情参照附录A中的注释S10（图S6和图S7）。为准确量化薄膜性能，实验须尽可能减少工作腔体与外部环境之间的热交换。为此，我们采用发泡丁腈橡胶隔热层与泡沫夹具，以实现有效隔热。腔体外表面覆盖高反射率铝层，可避免太阳辐射引起的腔体升温，并抑制非预期的辐射热损失[图4（b）]。此外，我们在腔体开口处设置一层10 μm厚的聚乙烯（PE）薄膜作为透射窗口，以减弱辐射制冷膜与外部环境之间的传导与对流热交换，该PE膜在太阳光波段与红外波段均具备高透射率（分别达95%与90%）。实验同时配备专用气象站，用于同步监测并记录环境温度，为制冷性能分析提供精确的环境基准。

本实验在威海市进行。如图4（b）所示，当磁性辐射制冷薄膜置于测量腔体内且未覆盖于任何目标物体时，在正午环境温度为26.5 ℃、平均湿度为28.8% [图4（c）与图S5（a）]、太阳辐射强度为721 W∙m-2的条件下[图S6（a）]，薄膜温度可降至环境温度以下6.1 ℃。在晴朗夜间，即使湿度升至55.1% [图S6（b）]，该薄膜仍能实现低于环境温度8.6 ℃的降温效果[图4（d）]。在阴天条件下，平均太阳辐照度为89 W∙m-2、湿度为44.6% [图S6（d）]时，薄膜亦能取得低于环境温度3.5 ℃的降温幅度[图S6（c）]。上述结果充分表明，该磁性辐射制冷薄膜在不同气象条件下均能实现有效的低于环境温度的制冷效果。

为验证磁性辐射制冷膜在实际应用中对被附物体的主动降温效果，我们在太阳直射条件下测试了其覆盖于不锈钢板时的制冷性能，实验装置如图4（f）所示。实验采用三块尺寸相同、厚度均为0.2 mm的不锈钢板，固定于隔热夹具上进行对比[实物布置见图4（e）]。本实验设置如下：第一块钢板使用导热硅脂覆盖非磁性辐射制冷膜；第二块表面通过磁吸附覆盖磁性辐射制冷膜；第三块则保持裸露，作为基准对照组。我们采用高精度热电偶分别测量各不锈钢板下表面温度和环境温度。需要指出的是，以往研究[49‒51]多通过直接测量制冷膜下表面温度来评估其制冷能力。本实验则通过监测不锈钢板的温降，更直观地反映磁性辐射制冷膜在实际应用中对被附物体的制冷效果。实验结果表明，只有当接触热阻足够低、热量能够被有效导出时，才能实现较高的整体制冷性能。

根据图S6（e）所示，在太阳峰值辐照度接近600 W∙m-2、湿度为30.7%的条件下，覆盖磁性辐射制冷膜的不锈钢板温度较裸露基准低15.2 ℃，而非磁性膜覆盖的样品仅降低11.6 ℃。在强日照条件下，不锈钢板本体温度显著高于环境温度，而磁性膜能使其有效降温并接近环境温度，性能明显优于非磁性膜[图4（g）]。在夜间，湿度为39.4% [图S6（f）]的条件下，两种薄膜均能使不锈钢板温度低于环境温度[图4（h）]，其中磁性膜因界面热接触更佳，其降温效果较非磁性膜进一步提升0.5 ℃。需要说明的是，不锈钢具有较大的热容，在强太阳辐照下使其温度降至环境温度以下（即实现亚环境制冷）难度极高。当制冷膜附着于物体时，整个系统（包括辐射制冷薄膜和物体）的温度演变受物体初始温度、比热容、体积等多参数共同影响。本实验通过将制冷膜贴附于高温不锈钢板并监测其温降以评估实际制冷性能。由于磁性辐射制冷膜须同时为自身和不锈钢板提供制冷，而钢板热容远大于膜体，致使系统需排出的总热量显著增加。因此，尽管磁性膜性能优异，其在强日照下所覆盖的不锈钢板温度仍略高于环境温度1.7 ℃ [图4（g）]。该结果揭示了辐射制冷技术在高热负载条件下实现亚环境制冷所面临的实际瓶颈。

我们进一步对磁性辐射制冷膜的制冷功率进行了定量测量。实验采用温度补偿法，通过加热器补偿制冷膜产生的温降[图S7（a）和（b）]，从而根据加热器输入功率计算出制冷膜的瞬时制冷功率（附录A中的注释S11）。首先测量其在环境温度下的制冷功率。结果如图S7所示，在晴天条件时[平均太阳辐照度为582 W∙m-2、相对湿度为30.7%、环境温度为22.6 ℃；图S7（c）和（d）]，磁性制冷膜的制冷功率达到89 W∙m-2 [图S7（c）]。在晴朗夜间[环境温度为16.1 ℃、相对湿度为39.4%；图S7（e）和（f）]，其制冷功率为65 W∙m-2 [图S7（e）]。即便在多云天气[太阳辐照度为398 W∙m-2、环境温度为24 ℃、相对湿度为36.9%；图S7（g）和（h）]，平均制冷功率仍能维持在43.7 W∙m-2 [图S7（g）]。上述实验结果充分证明，该磁性辐射制冷膜具备稳定且高效的全天候制冷能力。

该磁性辐射制冷膜可广泛应用于各类钢铁表面，如车辆外壳、通信基站等，以有效降低制冷能耗。在这些应用场景中，物体表面温度通常高于环境温度。为全面评估其在高热工况下的性能，我们在注释S11中系统表征了薄膜在不同高温条件下的制冷效果。在高于环境温度的制冷过程中，物体通过辐射、对流和传导三种途径向环境散热。为精确量化其中辐射制冷的贡献，我们根据附录A注释S12中的方法，分别测量了辐射制冷功率及对流与传导制冷功率。

以工作温度为30 ℃为例[图5（a）]，对流与传导制冷的功率为23 W∙m-2，而辐射制冷功率高达104 W∙m-2，占总制冷功率的82%，表明在高温工况下辐射制冷起主导作用。在相近气象条件下（具体参数参见注释S12），磁性辐射制冷膜在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃及70 ℃工作温度下的平均制冷功率分别为104 W∙m-2、133 W∙m-2、173 W∙m-2、217 W∙m-2和259 W∙m-2 [图5（b）]。正如理论预期，磁性辐射制冷膜的制冷功率随工作温度升高而显著增大，与辐射制冷理论模型一致。

根据附录A注释S13（图S8和图S9）中所述当地气候参数，图5（c）对比了磁性辐射制冷膜制冷功率的实验测量值与基于大气透过率的理论计算值。两者整体吻合良好[图5（c）]，存在轻微偏差主要源于理论模型采用固定大气透过率，而实际测量过程中该参数存在动态波动。为探究透过率变化对性能的影响，我们进一步计算了不同大气透过率水平下的制冷功率（图S8）。结果表明，测量结果落在理论计算得出的最高和最低透射率之间（图S8）；在较高大气透过率条件下，制冷功率显著提升。图5（d）进一步表明，随着工作温度升高，对流与传导的制冷贡献逐步增加，但辐射制冷始终在总制冷中占主导地位。综上，图5所示不同工作温度下的实测数据充分证明了该磁性辐射制冷膜具备高效制冷的特性。

3.4 磁性辐射制冷薄膜的实际应用

该磁性辐射制冷膜具备优异的柔韧性，能够紧密贴合各类曲面结构。我们将尺寸相同（20 cm × 30 cm）的磁性与非磁性辐射制冷膜分别覆盖于同一块波纹彩钢瓦表面[图6（a）]，可见非磁性膜与瓦片凹槽之间存在超过1 cm的气隙[图6（a）右图]；而磁性辐射制冷膜无需额外固定即可与瓦片表面形成紧密共形接触[图6（a）左图]。当彩钢瓦垂直放置时，非磁性膜须借助胶带固定，且在风力影响下与瓦片间的气隙进一步扩大，导致有效接触面积减小；相比之下，磁性膜仍能保持牢固吸附。图6（b）中的热成像结果表明，在阳光照射下，覆盖磁性辐射制冷膜的区域温度比覆盖非磁性辐射制冷膜的区域低约4 ℃，充分验证了磁性辐射制冷膜在非水平面与曲面应用中的显著优势。

对于户外应用而言，辐射制冷膜的长期耐久性至关重要[52‒53]。本研究制备的磁性辐射制冷膜展现出优异的综合稳定性。磁性基底的剥离强度达到82 N∙m-1，能够有效防止薄膜在实际使用中脱落，满足工程应用需求[图6（c）] [54]。在机械耐久性方面，经过1000次反复附着与剥离循环后，磁性膜的拉伸应变曲线未出现明显变化[图6（d）]，表明其力学性能保持良好。同时，经历相同循环次数后，薄膜的反射光谱仍保持稳定[图6（e）]，印证了其具备高度的可重复使用性。相比之下，采用导热硅脂附着的制冷膜在相同循环测试后，其银反射层出现明显损伤[图S9（a）和（b）及附录A中的视频S2]。为全面评估长期稳定性，我们将磁性膜分别置于太阳模拟器下连续照射3 d、在50 ℃恒温环境中持续加热7 d，其反射率仍保持稳定[图S9（b）]。此外，根据附录A中的注释S14（图S10）进行了耐腐蚀性与耐磨性测试。所有测试结束后，磁性辐射制冷膜的反射光谱均未发生显著变化，证明了其卓越的环境稳定性。

为量化评估薄膜的耐久性，我们依据附录A注释S15（图S11）的测试方法，对比了两块相同磁性辐射制冷膜在经历1000次附着-分离循环前后的制冷性能。以未经历循环的样本为参照，通过计算两者制冷功率的比值评价其耐久性。结果如图6（f）所示：循环测试前，测试样本的制冷功率为参照样本的98.4%；经历1000次循环后，其功率仍保持为参照值的97.8%，仅出现0.6%的微弱衰减（图S11）。该结果表明磁性辐射制冷膜在多次使用后仍能保持稳定的制冷性能，具备优异的可重复使用性与长期耐久性。

在实际场景验证中，贴附于汽车引擎盖的磁性膜在日光下表现出显著降温效果[图7（a）和（b）]。该磁性膜不仅能牢固贴合曲面[图7（a）]，还可反复拆装（附录A中的视频S3）。热成像图[图7（b）]显示，覆盖磁性薄膜区域的温度明显低于未覆盖薄膜区域，最大温差达25 ℃。此外，该磁性薄膜同样适用于垂直表面，如通信基站、集装箱、临时建筑（如收费站、泵房）等的侧壁。图7（c）展示了贴附于泵房侧壁的磁性膜，与周围未覆盖区域相比[图7（d）]，其表面温度降低超过10 ℃，显著提升了临时建筑在炎热夏季的热舒适性。研究表明，该磁性辐射制冷膜能够便捷地安装于多种金属表面，为实现高效被动制冷与节能降耗提供了切实可行的技术途径。

4 结论

本研究成功开发了一种高功率、柔性、可磁吸附的辐射制冷薄膜，并实验证实了其具备高效的全天候辐射制冷能力。该薄膜采用PM/Ag/柔性磁性层的多层结构，通过PET表面设计的周期性微结构增强红外发射率，并借助磁性层有效降低接触热阻。实验与理论分析均表明，磁性辐射制冷膜能够显著降低接触热阻，且磁吸附力越大，接触热阻越低。无论应用于亚环境或高于环境温度的制冷场景，该薄膜均表现出优于非磁性对照的制冷性能，尤其在高温工况下优势更为明显。在相同测试条件下，磁性膜覆盖的不锈钢表面温降达15.2 ℃，较非磁性膜提升3.6 ℃。随着工作温度升高，磁性辐射制冷膜的制冷功率持续增长，即使在较低大气透明度条件下，70 ℃工况下的辐射制冷功率仍可达259 W∙m-2。

该薄膜专为钢铁表面设计，可广泛应用于交通运输、工业装置与建筑设施等存在高温热积聚的场合。为验证该薄膜在不同应用场景中的有效性，我们系统量化了其在不锈钢表面、车辆引擎盖、彩钢瓦及棚屋侧墙等多种实际工况下的制冷性能。此外，我们系统验证了该磁性制冷薄膜的机械耐久性、可重复使用性及环境稳定性。这种高功率磁性辐射制冷膜不仅有效解决了热提取难题，还展现出对复杂曲面的良好适应性，为辐射制冷技术的大规模实际应用开辟了新的路径。

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