Light: Sci Appl 封面级研究 | 上交大团队研制双层光子超材料，被动降温至145K刷新纪录

前言近日由上海交通大学领衔的研究团队在《Light: Science Applications》期刊上发表了一项突破性研究成果(https://doi.org/10.1038/s41377-026-02372-9)。他们受Hibbard理论启发该理论指出若涂层能在0.2-8μm超宽带范围内反射99.9%的太阳辐照便可将平衡温度降至66K成功设计出一种双层光子随机介质超复合材料实现了97.3%的加权太阳反射率创下了被动热控涂层的新纪录。核心突破该材料的设计灵感源于光散射的基本物理规律。研究团队发现散射体的尺寸与其作用的光波长存在对应关系亚波长尺度瑞利散射区散射效率低适合短波波长尺度米氏散射区散射效率达到峰值超大尺度几何光学区散射趋于极限基于这一原理研究团队构建了双层结构上层粒径约0.7μm的Y₂O₃颗粒厚度50-100μm针对0.2-2.5μm短波太阳辐射实现米氏散射增强下层粒径约8μm的Y₂O₃微球厚度500μm针对2.5-8μm长波太阳辐射补足散射短板这种“散射区间匹配”设计使得上下两层各司其职、优势互补解决了单一介质层在中红外波段反射率骤降的行业难题。实测性能145K刷新纪录在自行搭建的深空模拟器中研究团队对材料进行了严苛测试平衡温度在AM0太阳模拟器照射下材料稳定在145K约零下128℃比氧化铝对照样品低60K热控对比在已报道的热控涂层中绝大多数平衡温度超过200K太阳吸收率高于0.1而该材料的吸收率仅约0.027辐射散热在150K低温下半球发射率约0.7但由于热辐射功率随T⁴急剧下降发射率不再是主要制约因素——这验证了“超宽带反射优先”的设计思路的合理性研究意义这项研究的更大价值在于提出了“散射区间匹配”这一普适性设计原则——通过在多尺度上调控散射体尺寸使不同层级的结构分别响应不同波段的光从而在无序光子系统中实现宽谱段光谱选择性响应。这一策略不仅适用于太空热控还可推广至辐射制冷、红外隐身、光热转换、光学伪装等多个领域为光子材料设计打开了一扇新的大门。图1双层超复合材料用于空间低温热控的原理图2双层超复合材料的结构与光学性质图3超宽带反射的散射区间匹配机理图4双层超复合材料的低温热控性能图5地面模拟空间辐照试验后双层超复合材料光学性能的退化【注】小编水平有限若有误请联系修改若侵权请联系删除