近日，上海交通大学王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉学科创新团队ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）在Science Bulletin上发表了题目为“Solar spectrum management and radiative cooling film for sustainable greenhouse production in hot climates”的通讯论文。论文针对夏季温室生产中的高温问题，基于温室作物的需光特性，开发了两种不同属性的辐射制冷薄膜分别作为温室的覆盖材料和地膜，在不牺牲植物光合作用的前提下，减少温室内部热积累，从而延长温室可用生产周期，为炎热气候条件下的温室增产提供了一种被动式、零能耗的新路径。论文第一作者为上海交大制冷与低温工程研究所博士生邹豪和王晨曦，通讯作者为王如竹教授、农业与生物学院黄丹枫教授和华中科技大学杨荣贵教授。
图 两种特定光谱管理的辐射制冷薄膜及其在炎热气候下温室内的应用效果
温室内部的热量过度累积是炎热气候下生产的重大障碍。在许多地区，每年因气温过高而损失的可耕作时间达三个月以上。经济、广泛适用的降温技术仍是目前温室作物生产的迫切需求。日间辐射制冷作为一种被动式、零能耗的降温手段，近年来受到了广泛的关注。随着高产量、卷对卷生产技术的不断发展，该技术成为了解决温室炎热气候下高温问题的一种可行办法。因此，本文设计了两种针对温室场景使用的辐射冷却膜，分别作为温室的覆盖材料和地膜，在不牺牲光合作用的前提下，消除温室内的空气和土壤热胁迫，实现炎热气候下温室的连续生产。
作为温室覆盖材料的透射型辐射制冷薄膜（T-RC）具有大气窗口波段高发射率、光合有效辐射波段高透过率，以及近红外波段高反射率。在田间试验中，与常用的PO薄膜相比，T-RC薄膜具有18.6℃的降温效果，并可以使樱桃萝卜的生长速度提高76.2%。作为温室地膜的反射型辐射制冷薄膜（RC）在大气窗口波段具有高发射率，在可见光和近红外波段均具有高反射率。在田间试验中，RC薄膜可将土壤地下2cm处地温较对应的空白土壤地温降低12.5℃，并可以使杭白菜的生长速度提高127.35%。
这种气温和土壤冷却策略可以在炎热的夏季改善作物生长，增加产量，而不需要复杂的设备和额外的能源消耗。由于辐射冷却薄膜在不同气候条件下的广泛适用性，它为应对全球变暖下的农业生产带来了新的机遇，特别是对那些饱受干旱炎热气候影响的欠发达国家。总之，辐射冷却技术有望改变农业生产过程中的能源消耗，对实际生产中的具体应用将是该领域未来研究的重要组成部分。
王如竹教授领衔的能源-水-空气ITEWA创新团队长期致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。ITEWA团队近年来在Science, Joule、Energy & Environmental Science、Nature Water、Advanced Materials、Nature Comm.等高水平期刊发表40余篇学科交叉论文。本文工作是ITEWA团队与农生学科和超材料学科领域的深度合作。
