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  輻射制冷是一種被動制冷方式，其主要是利用地球與外太空之間的大氣透明窗口（波長8–13μm），將地球表面的熱量以熱輻射的形式發射到外太空。將輻射冷卻技術應用到發電系統當中可以為應對能源危機提供一種有前景的解決方案。然而，現有的集成器件，如雙層裝置、熱管理涂層和冷卻水凝膠，仍存在熱-質傳遞動力學性能差、功率輸出低等問題，限制了其在實際戶外中的應用。

  日前，南京林業大學蔡晨陽團隊在理解木材多尺度結構中水分與熱量傳輸機理的基礎上，對木材原有結構進行精準重組，并提出了一種具有自驅動特性的木材水合氣凝膠材料，用于實現戶外環境中持續的輻射協同吸濕制冷與發電功能。通過結構集成設計，將吸濕性聚合物雜合網絡部分封裝于木材基體內，構建了多尺度耦合結構，從而同時實現日間輻射制冷與吸濕發電。形成的融合界面有效強化了水分傳輸與輻射傳熱過程，進而實現了戶外熱管理與能量收集過程的有效解耦。該自驅動型木材可以實現寬濕度條件下的日間輻射制冷協同吸濕制冷功效，并且在戶外能夠穩定輸出電力超過7天，且無結構收縮。單個單元（1 cm²）在25°C和70%相對濕度下可產生約0.87 V的電壓和約88 μA的電流，最大輸出功率密度約為56 μW cm^-2。

  2026年2月13日，相關工作以“Self-driven wood hydro-aerogel with optimized thermal-mass kinetics for all-day hybrid-cooling-driven electricity generation”為題發表在《Matter》上。

  在理解多級界面結構傳熱傳質和輻射制冷材料設計原則的基礎上，提出了一種一體化自驅動的水合木材氣凝膠。該自驅動水合木材凝膠上層為輻射制冷層（占比10%）：日間通過高太陽光反射率和高紅外發射率實現降溫，下層為封裝在木材中的PVA/CaCl₂吸濕層（占比90%）：利用吸濕網絡從空氣中捕獲水蒸氣，利用蒸發潛熱帶走熱量（圖1A和1B）。理論計算表明，這種混合冷卻機制產生的冷卻功率遠超單一輻射冷卻或蒸發冷卻效果，實現了“1+1>2”的協同增益。圖1D的實驗數據顯示，相較于傳統雙層結構，自驅動水合木材氣凝膠的一體化設計消除了層間傳熱傳質屏障，水蒸發速率顯著提升，驗證了其優化的熱質傳遞動力學。該設計通過一體化集成，有效解決了傳統雙層器件熱質傳遞受限、吸濕鹽易泄漏等瓶頸問題，為實現全天候穩定發電（單元輸出0.87 V，功率密度56 μW·cm^-2，戶外連續運行7天無結構收縮）提供了關鍵支撐。

圖1自驅動水合木材氣凝膠（HCW）的設計理念和工作機制

  關鍵的性能數據表明：得益于木材多級傳熱傳質結構、獨特的光學特性和雙重制冷功效，自驅動木材水合氣凝膠在不同濕度情況下（22%、43%、50%、60%、70%）可以實現低于環境溫度6.3 ℃、6.7 ℃、7.2 ℃、15.1 ℃、16.1 ℃的日間降溫效果。單個HCW單元（1 cm²）在25°C、70% RH條件下，可穩定輸出~0.87 V電壓和~88 μA電流，最大功率密度達56 μW·cm^-2。此外，戶外連續運行7天后，HCW仍保持結構完整、輸出穩定，無鹽泄漏或結構收縮，證實了木材三維骨架對吸濕凝膠的限域穩定作用。最后，通過多種理論和模擬分析強化了結構和性能的構效關系，探討了自驅動水合木材氣凝膠在微納尺度的傳熱傳質機理和分子尺度的設計機理。該設計破解了傳統濕氣發電器件熱質傳遞受限、穩定性差的瓶頸，為開發可持續、全天候的自供能器件提供了新思路。

  該成果得到了江蘇省自然科學基金和南京林業大學科研啟動基金的資助，感謝審稿人和編輯寶貴的建議。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102608