辐射制冷技术是纳米光学在辐射、热传导方面的一个成功应用。此技术是对集辐射、反射与隔热于一体的新型光功能材料的探索和研发，通常将材料制作加工为薄膜、涂料等形式。首先，辐射制冷材料可以大量地反射太阳光，阻挡太阳光谱中可见光和近红外光带来的热量持续照射物体表面，使物体累积升温。其次，其能够自主辐射中红外光，通过大气窗口，把物体表面的热量以辐射的形式重新释放回外太空中，从而降低物体的温度。整个过程完全依赖于辐射制冷的基本物理原理，全程为被动降温，不需要任何额外的电力设备，而且白日黑夜都能自发运行，在时间利用率上实现了7天24小时。

在辐射制冷材料的加工中，斯坦福大学的Shanhui Fan教授课题组于2013年最早使用成本较高的多层膜结构实现了夜间制冷（Rephaeli E, Raman A, Fan S 2013 Nano Lett. 13 1457）。而几年后，科罗拉多大学博尔德分校的Xiaobo Yin教授和Ronggui Yang教授课题组于2017年利用TPX塑料薄膜和玻璃小球拉膜制成的辐射制冷薄膜大幅度降低了材料成本（Zhai Y, Ma Y, David S N, Zhao D, Lou R, Tan G, Yang R, Yin X 2017 Science 355 1062）。随后，哥伦比亚大学Nanfang Yu教授和Yuan Yang教授课题组于2018年进一步优化制作工艺，成功使辐射制冷材料进入到传统商用以及民用阶段（Mandal J, Fu Y, Overvig A C, Jia M, Sun K, Shi N N, Zhou H, Xiao X, Yu N, Yang Y 2018 Science 362 315）。针对国家战略发展需求，国内纳米光学领域专家徐红星教授课题组于近期提出，在中国西部缺少植被覆盖、太阳直射过多的沙漠区域，结合辐射制冷技术降温和利用界面温差凝水，来提高沙漠治理效率的方案。

短短数年的时间，辐射制冷已经完全开始了实际应用的步伐，从建筑物降温，到提高太阳能电池效率和寿命，再到衣物织布，甚至冷凝水，广泛涉及了与光热学相关的各个领域。本篇特邀综述文章介绍了热辐射的基本原理和规律，同时拓展介绍了包括二维材料在内的纳米结构热辐射增强的发展进程和最新进展；介绍了近年来纳米光学材料在辐射制冷应用中的重大进展，包括可以实现高效夜间辐射制冷的各种纳米光学材料设计；介绍了近十年来，辐射制冷的各种实际应用，包括建筑物制冷、冷凝水收集、舒适衣物与太阳能电池降温等。最后，展望了纳米光学材料的辐射制冷技术在推动荒漠生态环境的治理与改造方面的广阔未来。

在可预见的未来，辐射制冷有很大潜力作为传统制冷方式的最佳搭档，有效地降低主动制冷所需要的能耗。此外，辐射制冷由于具备无额外能源、无排放、对环境很友好等优点，十分适合各种室外环境应用场景，例如户外板房的直接降温、干旱地区的冷凝水收集等维护成本较高，难以使用传统制冷方法的场景。尽管辐射制冷在环境依赖性、材料选择性等方面还有很长的路要走，但是天地广阔、未来可期。

图1 辐射制冷基本原理

图2 辐射制冷的各种成功应用

徐红星，武汉大学教授，中国科学院数理学部院士，发展中国家科学院院士。长期从事等离激元光子学、纳米光学、单分子光谱和纳米光芯片等前沿领域的研究。他是单分子表面增强光谱和等离激元光子学领域的开创者之一，在实验上首次发现了金属纳米结构间隙的巨大电磁场增强效应是超灵敏光谱传感和很多其他表面等离激元增强的光学过程的物理基础。发表论文200余篇，被引用15000余次，H因子60（WoS数据统计），2014—2018年连续入选中国高被引学者榜。关于单分子表面增强拉曼光谱的研究有两篇论文分别被引用1800余次（1999 Phys. Rev. Lett. 83 4357）和1300余次（2000 Phys. Rev. E 62 4318，被选为该杂志创刊以来的里程碑论文）。已作国际会议邀请报告70余次；作为会议主席组织了十余次著名国际学术会议，担任多个重要国际学术会议的指导委员会或程序委员会委员；曾任Nanoscale和Optics Express副主编，任Nanoscale，Nanophotonics，Frontiers of Physics 等期刊咨询委员会或编委会委员。

全文链接：http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.69.20191906