为探索气凝胶的热管理性能，中科院苏州纳米所王锦等人设计合成了系列具有不同光学性能的氧化硅气凝胶，研究了自然环境下氧化硅气凝胶的热管理行为，并获得以下结果：氧化硅气凝胶在室内环境下表现出优异的隔热保温性能（图1）。然而，在室外环境，日间表现出极为严重的温室效应，气凝胶模拟建筑内部温度远高于外界温度，而在夜间展现出强劲的辐射降温能力，并未出现“本应”隔热的结果（图2）。
图1. 低热导率赋予的氧化硅气凝胶优异隔热性能（a~g）及其机理示意图(h)
图2. 氧化硅气凝胶的被动太阳光加热(a)和辐射降温性能(b)
因此，在前期工作的基础上，该团队提出了如图3所示的气凝胶隔热保温新机制：即氧化硅气凝胶的热管理不仅受低热导率的影响，而且还受其光学性质的影响；根据不同使用环境，通过调控气凝胶的光学性质，实现氧化硅气凝胶的按需热管理调控。
图3. 经典氧化硅气凝胶的光学性能(a,b)、隔热保温热管理新机制示意图(c)以及光学设计实现按需热管理调控机制示意图(d)
在揭示气凝胶隔热保温热管理新机制及其按需热调控策略之后，进一步通过结构设计制备了系列具有不同太阳光透过率和中远红外发射率的氧化硅气凝胶（如图4所示），成功地获得了符合传统认知的热管理结果（如图5所示）：在炎热高温环境下，采用高太阳光反射率的气凝胶作为隔热墙体，成功降低了温室效应及其模拟建筑物内部温度；采用不同发射率的气凝胶作为建筑保温材料时，发射率越低，其被动降温效果越弱。最后在同时具有高太阳光反射率和低发射率的气凝胶模拟建筑物内放置相变材料，成功实现了夏季极端高温天气下的日间降温以及秋冬寒冷环境的保温。
图4. 氧化硅气凝胶光学性能（可见光透过率和反射率、中远红外发射率）的调控策略
图5. 氧化硅气凝胶光学性能调控实现自主按需热管理应用
该项研究有助于为发挥气凝胶的热管理能力提供重要参考和调控策略，尤其为自然环境下最大发挥气凝胶的隔热保温性能提供设计原理，为如何使用气凝胶、完美实现气凝胶的热管理行为、以及助力建筑节能减排提供科学依据和解决方案。
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