防晒还能降温？清华教授开发出辐射冷却防晒霜，防晒指数可达51，能给皮肤降温7-8℃

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第102期，对话清华大学化工系教研系列副教授、特别研究员张如范。

嘉宾简介：

张如范，清华大学化工系教研系列长聘副教授、特别研究员、博士生导师、国家高层次人才计划入选者，主要从事纳米碳材料以及光热调控功能纳米材料的可控制备与性能表征及应用等方面的研究，取得多项突破性科研成果。

划重点：

1.辐射冷却防晒霜通过提高对太阳光的反射率并通过大气窗口将热辐射传递到外太空，平均降温5-6 ℃，在极端条件下能降低7-8 ℃。

2.热辐射是一种红外线，传播速度为每秒30万公里，通过辐射制冷技术所发射出来的人体热量一瞬间就可以穿透大气层到达寒冷的外太空了。

3.辐射冷却防晒霜具有很好的防水抗汗性，连续有效的使用时间长达12个小时，一天下来也不用补涂，防晒指数（SPF）值可以达到51，还有美白效果，且制备成本较低。

4.辐射冷却防晒霜对于需要长时间在户外工作的人群，如武警战士、交警、铁路工人、建筑工人、农民朋友们等，是一个非常理想和有效的降温材料。

出品 |搜狐科技

作者 |周锦童

编辑 |杨锦

有这样一种兼具高紫外线屏蔽和辐射冷却功能的防晒霜，不仅能防晒，还能将皮肤温度降低七八度，没有副作用，价格低廉。带着种种好奇，搜狐科技拜访了该项研究的负责人、清华大学化工系张如范副教授。

敲开清华大学化工系张如范副教授办公室的门，办公室外间的几张办公桌上摆放着几台工作电脑，张教授的助理和几个学生正在全神贯注地工作着，等再推开第二扇门，却别有一番天地。

这个不过10平米的房间，墙壁一侧，书架几乎快要触及天花板，上面密密麻麻地排列着各式各样的书籍，既有化工和材料类的专业书籍，也有历史著作、艺术典籍等，最上面，错落有致地摆放着几件精美的工艺品，对面的架子上则摆放着张如范和团队获得的各种荣誉证书和奖章。

中间，一张古朴的木制桌子，摆着张如范悉心照料的盆栽绿植，即使在寒冷的冬日，它们也生机勃勃，为这个狭小而有序的办公空间增添了浓浓春意。

张如范的脸上始终洋溢着热情的笑容，他向搜狐科技展示了专业的茶道文化，并斟上了一杯热茶。

全球首款能给皮肤降温的防晒霜

寒暄过后，张如范就回到窗边贴有元素周期表的办公桌旁坐下，认真地讲起了辐射冷却技术。

“冬天我们围着火堆烤火，手不需要接触火苗，热量就可以传递到我们身上，它就是通过辐射的方式进行热量的传递，这就是热辐射，热辐射（即红外线）是不需要介质的，哪怕在真空中，也可以传递热量。”

“所谓辐射制冷，就是高温物体通过辐射的方式向低温物体或者低温环境来传递自身热量的过程。比如，桌子上放着一杯热水，即使没有风，温度也会降下来，它的热量就是通过辐射的方式传递到周围的物体或环境中。”张如范举例道。

在炎热的夏天，外太空地面温度为-270 ℃，假如地球平均温度为30 ℃，这就存在300 ℃左右的温差。由于地球上厚厚的大气层的存在，地球所发出的热量很难穿透大气层到达外太空，大气层反过来也会对地球产生大气逆辐射的效果。

因此，大气层就相当于给地球盖上了一层厚厚的并且主要是单向传热的“棉被”一样，一方面让太阳光穿透大气层到达地面从而为地球提供热量，另一方面让地球发出的热量大部分被吸收从而避免地表热量大幅度流失，保证了地球的四季温差和昼夜温差不至于太大。

当然，这里也要提到一个概念叫“大气透明窗口”，虽然大部分的红外线是不能透过大气层的，但像8-13微米、16-25微米这些非常微小波段的红外线却是可以透过大气层的。

“假如我们开发一种材料，让它发出的红外线都能集中在2.5-25微米，尤其是在8-13微米这个大气透明窗口范围内，这样它发射的热量就可以尽可能多的通过大气窗口发射到外太空而无须消耗过多的能源，这就是其中的原理。”

“此外，材料需要对太阳光（主要是可见光和近红外线波段）有尽可能高的反射率，使其本身尽量不吸热，这样才能够起到最好的降温效果。”张如范解释道。

谈到这一定有许多网友有这样的疑问：既然辐射制冷的原理是把地球表面的热量发射到遥远的外太空，那这么远的距离到底需要多久？

张如范笑着说：“热辐射是一种红外线，红外线本质是电磁波，电磁波的传播速度是每秒30万公里，一瞬间就可以穿透大气层到达外太空了！”

那么回到辐射冷却防晒霜本身，首要的就是要能防晒、防紫外线，这种辐射冷却防晒霜对紫外线有95%以上的反射能力，此外它还得满足能够降温的需求，所以张如范在这里面添加了对紫外线、可见光、近红外光有非常强的反射能力，且对2.5-25微米中红外波段有非常强发射能力的材料。

图片来自文章

在夏天，这种防晒霜可以将体温平均降低5-6℃，在极端条件下能降低7-8℃。

“所以我们的这款辐射冷却防晒霜室外温度越高，降温效果越好，涂上防晒霜之后，大幅度地把太阳热量挡住了，同时又将人体的热量一瞬间发射外到太空去了。”张如范如是说。

此外，张如范还解释了这种防晒霜只在室外使用有效果的原因，“因为辐射只能在户外发生作用，需要把热量传递到外太空，房间的天花板和墙壁对红外线有阻挡作用，所以辐射制冷材料主要在室外发挥作用。而且越晒越热的大晴天，这种防晒霜的降温效果越好。”

张如范和团队在干热的北京和潮湿的海口也分别进行了测试，这种辐射冷却防晒霜覆盖区域的温度比裸露皮肤低4.2至6.1℃，比常规有机和无机防晒霜覆盖区域分别低2.5至6.1℃。

面向长时间户外工作人群

此外，张如范还介绍了这种辐射冷却防晒霜的其他优势。

“它具有很好的防水抗汗性，在运动出汗时也不需要担心，连续且有效的使用时间长达12个小时，一天下来也不用补涂，防晒指数（SPF）值可以达到51，还有美白效果。”张如范如是说。

不仅如此，这种防晒霜的制备成本也比较低，具有广泛的商业应用前景，张如范称未来一定会应用在市场上，在价格方面也不会比普通防晒霜贵多少。

“但是还要补充一句，这种防晒霜防水抗汗，是优势，但也是短板，需要多搓一搓才好洗下去。”

当然，肯定也有许多网友担忧，这种辐射冷却防晒霜是否会对皮肤造成伤害？

“其实我们和普通防晒霜的成分没有太大区别，如果对普通防晒霜不敏感，涂这种防晒霜也不会过敏，冬天适当晒晒太阳是很好的，可以促进维生素D的吸收，冬天的紫外线较夏天是弱很多的，但如果有防晒需求的话，在冬天可以选择普通的防晒霜。”

搜狐科技在室外也进行了体验，涂抹到这种防晒霜的皮肤凉飕飕的，并且没有任何不舒服！

张如范和团队也正在开发一种能够具有保温作用的面霜，能够阻隔红外线，同时又更好地吸光，让热量更少地发散出去，更适合冬天使用。

不仅如此，张如范称这种防晒霜可以调制成各种颜色，以满足不同肤色人群的需求，从而实现个性化定制。

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谈及使用场景，张如范表示：“我们这款防晒霜对于那些必须长时间在户外工作的人群，比如武警战士、交警、铁路工人、建设工人，还有农民朋友们等，是一个非常理想的选择。”

目前，这种辐射冷却防晒霜的配方和样品都已制备完毕，尽快进行批量生产是张如范即将开展的工作。

“我们现在非常欢迎合适的合作伙伴一起把这款优秀的产品推广出去。”张如范如是说。

“冬暖夏凉”的材料大有可为

随着全球气候变化，极端天气越来越多，2024年南亚地区出现超过50 ℃的极端高温，户外强烈的太阳辐射对人类健康构成了严重威胁。

用张如范的话说，大家都是怕热不怕冷的，冬天再冷可以多穿衣服来解决室外的人体保温需求，比如，爱斯基摩人用海豹皮就能抗寒。但如果天气太热，人是没有太多有效办法的，哪怕裸奔都是无法解决人体室外降温这个难题的，当然这里指的主要是不得不长时间在户外工作的人群。

因此，除了防晒霜外，张如范和团队还制备了一系列关于辐射制冷织物的纳米材料，包括布料、涂料等等，以便能够解决人类如何在炎热的户外环境下更舒服地活下来。

张如范团队开发的第一代产品，是降低人体皮肤温度的布料，平均可以降低八九摄氏度，后来他告诉学生，应该面向更多民生领域去开发具有降温效果的材料，比如像辐射制冷涂料，可以让户外四五十度的铁板直接降温二三十度℃，甚至更多。

值得一提的是，这种辐射制冷涂料还具有很好的抗御雨水冲刷的能力以及自清洁能力，可以连续抵御220场大暴雨的冲击，能够保护粮仓、户外电力设备上涂覆的辐射制冷涂料等免受自然界的大雨和冰雹等机械损伤。

现在，张如范和团队正准备开发具有降温功能的汽车油漆，“夏天汽车停在那里，会源源不断地吸收太阳光，尤其是黑色汽车，如果能够让汽车漆变成辐射制冷性能的产品，汽车里的温度会大大降低，尤其是对电车更友好，毕竟夏天许多电能消耗在空调上面。”张如范如是说。

张如范和团队 受访者供图

除此之外，在电致变色领域，张如范和团队也颇有成效。

从现场演示来看，这种材料可以很好地着色褪色，还具有非常好的双波调控能力，既能调控可见光，也能调控近红外光，可以用在摩天大楼的玻璃墙、新能源汽车天幕上，按一个按钮，就能让它从透明状态变成蓝色，实现降温。

在调节冷热这件事儿上，张如范和团队还在不同的应用场景上施展着魔法。返回搜狐，查看更多

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