每逢炎热盛夏，人们常依靠空调来实现建筑降温，该过程需要消耗大量电能。我们由此思考：能否借鉴大自然中木材的天然孔道与矿物的光学特性，让材料在阳光下自行“向外散热”，以此达到降温目的？这一设想促使我们探索生物质与天然矿物协同的新方法，构筑无需外界的电能可持续自动辐射冷却材料。

导读：

在不消耗电能的情况下，材料是否可以主动降低建筑温度？被动日间辐射冷却（Passive Daytime Radiative Cooling, PDRC）技术正为这一问题提供可行的解决方案。通过调控材料对太阳光和红外热辐射的响应，PDRC材料能够将热量直接释放到寒冷的外太空，实现零能耗降温。但是传统材料往往面临“降温性能越强，机械性能越弱”的矛盾。近期研究发现，木材和矿物等天然材料具有的层级结构有望突破这一限制，为绿色建筑降温提供新方案。

图1 木材与矿物辐射冷却材料的两类结构设计路径、光谱性能、现实挑战与未来方向。A、C分别为木材基复合材料实物图及性能表征，B、D分别为矿物基水塑材料实物图及性能表征，E、F分别概括了现有材料走向实际应用仍需解决的问题及潜在策略。

随着全球气候变化和极端高温事件增加，建筑制冷需求持续增长。传统空调系统虽然能够改善室内舒适度，但同时带来了能源消耗增加和环境压力。辐射冷却是一种不同于传统制冷的新技术，它利用地球大气中的“透明窗口”（8-13 μm红外波段），让材料吸收的热量以红外辐射形式直接释放到外太空，从而实现无需额外能源输入的降温效果。理想的辐射冷却材料需要同时满足两个条件：1.高效反射太阳光，避免吸收太阳热量；2.高效发射中红外热辐射，实现持续散热。但是，现有的很多高性能辐射冷却材料制备依赖复杂加工、高温烧结或石油基聚合物，而且由此制备的材料存在机械强度不足、耐久性有限和环境负担较高等问题。如何利用绿色资源设计兼具高效降温和结构稳定性的新材料，成为该领域亟待解决的科学问题。

近期两项研究展示了利用天然资源构筑下一代辐射冷却材料的新思路。

路径一：顺着木材的天然骨架做设计

木材具有天然丰富的多级孔道结构，是一种理想的绿色材料骨架。研究人员通过脱木质素、碱处理、纳米颗粒引入以及结构致密化等步骤，对木材细胞壁结构进行重新设计，使其形成具有高太阳光反射能力的复合结构。其中：SiO₂和h-BN纳米颗粒形成多尺度散射界面，提高太阳光反射能力；纤维素晶体结构调控增强材料强度；木材自身的层级孔结构促进红外热辐射释放。最终，该木材基复合材料实现了94.7%的太阳光反射率和90.1%的中红外发射率，在户外测试中实现8.8 ℃的降温效果，同时保持416.7 MPa的高拉伸强度（图1A和C）。

路径二：让天然矿物像“砖块”一样重新排列

除了利用木材结构，天然矿物同样展现出巨大潜力。研究人员利用云母、高岭土、方解石等天然矿物，通过非溶剂诱导相分离（NIPS）方法构筑矿物基水塑材料。这种材料中，矿物颗粒负责反射太阳光和释放红外热量；聚合物网络赋予材料可加工性和结构稳定性；纤维素纳米纤维增强界面结合。通过矿物与聚合物之间的协同作用，该材料不仅具有超过90%的太阳光反射能力，还表现出优异的阻燃性、耐磨性和可塑加工能力。其极限氧指数达到37.6%，表面硬度达到0.23 GPa，并可通过结构调控实现智能透明转换，有望应用于未来智能建筑（图1B和D）。

这些研究背后的关键技术在于“层级结构”和“界面协同”的设计。过去，人们往往认为高性能材料需要依靠复杂化学组分，而这些研究证明：天然材料本身已经拥有精妙结构，关键在于如何重新组织和利用这些结构。在木材复合材料中：纤维素网络提供力学支撑，矿物纳米颗粒增强光散射和红外辐射。两者界面通过氢键作用实现高效载荷传递。在矿物水塑料中，矿物提供耐热、阻燃和光学功能，聚合物提供加工性能，界面结构决定最终性能。这种“聚合物/纤维素–矿物协同设计”突破了传统材料中强度、功能和可持续性难以兼顾的问题。

尽管这些材料展现出巨大潜力，但真正应用于建筑环境仍需要解决几个关键问题：1. 制造过程需要更加绿色高效：目前部分制备过程仍涉及多步骤处理、高压力致密化以及化学试剂使用，需要进一步发展低能耗、规模化制造方法。2. 长期户外稳定性需要验证：建筑材料需要长期面对紫外辐射、湿热环境和机械磨损，因此未来需要开展更长周期、更接近实际环境的测试。3. 从材料绿色走向生命周期绿色：真正可持续的材料不仅需要绿色原料，还需要综合考虑原料来源，制造过程，使用寿命，回收再利用以及末端处理。只有建立完整生命周期管理体系，才能实现真正意义上的绿色建筑材料（图1E）。

总结与展望

木材和矿物，这些来自自然界的材料正在通过先进结构设计焕发新的生命力。从森林中的木材纤维素网络，到矿物颗粒构筑的功能界面，层级纳米结构赋予传统材料前所未有的降温能力。未来，辐射冷却材料的发展将不仅关注“降温效率”，更需要兼顾智能响应、多功能建筑集成和全生命周期可持续性。通过结合绿色制造、人工智能辅助设计以及循环利用策略，木材、矿物等天然资源有望成为下一代低碳建筑的重要材料基础，为应对全球气候挑战提供新的材料解决方案（图1F）。

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第7卷以Commentary发表的“Cooling the globe with sustainable biomass and minerals: Hierarchical nanostructuring unlocks next-generation radiative cooling” (投稿: 2026-06-03；接收: 2026-07-30；在线刊出: 2026-08-01)。

DOI:10.1016/j.xinn.2026.101528

引用格式：Wang Y., Li J. and Gan W. (2026). Cooling the globe with sustainable biomass and minerals: Hierarchical nanostructuring unlocks next-generation radiative cooling. The Innovation 7:101528.

作者简介

王耀星，东北林业大学全职博士后，师从李坚院士和甘文涛教授。研究方向聚焦于木材纳米功能材料及木质基能源转化材料，致力于从微观结构调控到宏观功能设计的跨尺度创新。主持国家自然科学基金青年项目、国家博士后特别资助等多项科研课题；在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、The Innovation等国际顶级期刊发表学术论文10余篇，获授权国家发明专利5件。

甘文涛，东北林业大学教授、博士生导师，国家级青年人才，材料科学与工程学院副院长，兼任中国林学会木材科学分会副秘书长。从事木质前沿新材料开发与特种功能创制，包括木竹纤维增强增韧、同质重组技术，开发高强地板、户外重组材及电磁功能木材等。近五年，主持国家自然科学基金面上项目、黑龙江省自然基金重点项目等国家级及省部级课题10项，获授权国家发明专利7件，参与制订国家标准1项。以第一作者或通讯作者身份，在Nature Sustainability、Science Advances等国内外权威期刊发表生物质复合材料功能化领域高水平论文33篇，学术影响力入选全球前2%顶尖科学家榜单。教学成果亦获广泛认可，荣获全国教材建设优秀教材一等奖、黑龙江省教学成果特等奖等多项荣誉。