近年来，全球城市热岛效应日益严重，建筑制冷能耗激增，成为碳排放的重要来源之一。传统水泥虽然强度高、成本低，但其太阳能反射率低（仅约30%），容易吸热升温，反而加剧城市高温。近期，东南大学团队一项发表于《Science Advances》的研究提出了一种名为“超冷水泥”（supercool cement）的新型材料，为解决这一问题提供了全新路径。 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv2820 研究团队旨在从根本上革新水泥材料本身，通过一种内在的、不依赖外援的方式，同时解决其“生产排碳”和“使用吸热”这两大核心矛盾。他们希望创造出一种兼具高效辐射制冷能力、卓越结构性能、长久耐久性且易于规模化生产的新型水泥，从而将水泥从“热源”转变为“冷却器”，为建筑节能和整个水泥工业的低碳转型提供一条全新的技术路径。 图1.可扩展结构超冷水泥 图1系统性地展示了超冷水泥的设计原理、制备流程、核心机理与卓越性能。该图清晰描绘了通过气压差驱动cavitation技术在水泥表面构建微腔阵列的工艺（图1A, E），揭示了反射性钙矾石晶体在微腔表面自组装以增强太阳光散射的微观机制（图1C），并指出了富含铝、硫的功能基团是实现高红外发射的物理基础（图1D）。此外，该图还通过宏观样品（图1F）、红外热像图（图1G）和光谱曲线（图1H），直观对比了超冷水泥与商用水泥的显著降温效果和突破性的光学性能（96.2%太阳反射率与96.0%红外发射率）。该图将材料的设计、制备、结构与性能四大核心要素紧密串联，直观展示了“本征制冷水泥”与传统灰水泥的外观差异，又预告后续96.2%太阳反射率与96.0%发射率的来源，为读者构建了一个完整的认知框架。 图2. 超冷水泥的制备流程与微观结构 图2系统性地阐释了超冷水泥超表面的制备过程、关键形貌特征及其光学增强机制。该图详细展示了从具有良好流动性的新鲜水泥浆体（图2A）开始，经由双模具反转和气压差驱动的空穴策略（图2B, C），最终形成具有规则排列凹形微腔结构（图2E）的完整工艺流程。通过扫描电镜（SEM）图像和定量分析，该图清晰地对比了表面改性前后微观结构的根本差异：未经改性时，高反射率的钙矾石晶体被无定形凝胶包裹埋没（图2F）；而经过超表面工程处理后，棒状钙矾石晶体得以在微腔表面定向富集与组装（图2G, H）。
进一步的模拟（图2I）与孔隙分布测量（图2J）表明，这些特定尺寸的晶体与分级分布的纳米/微米孔隙共同作用，能高效地散射太阳光。该图直观地回答了“如何制造”以及“为何有效”这两个核心问题：其所示的气压差驱动策略是实现材料可扩展制备的核心创新；其所揭示的晶体表面自组装现象和分级孔隙结构，则是实现96.2%超高太阳反射率的根本原因。 图3. 超冷水泥冷却效能的实证及其全球碳减排潜力 图3的实地测试数据与全球模型预测，实证性地评估了超冷水泥的实际冷却效能及其全生命周期的碳减排潜力。该图首先展示了在真实气候条件下（美国普渡大学屋顶）的实测结果（图3A, B），表明超冷水泥在午间强日照下（~850 W/m2）可实现比环境温度低5.4°C、比商用水泥低26.0°C的显著降温，并估算出其净冷却功率高达96 W/m2。
进而，研究采用机器学习方法对全球100多个城市进行聚类分析（图3C），并通过桑基图揭示了建筑运行阶段（尤其是制冷能耗）是整体碳排放的主要贡献者。基于此，全球碳排放热力图（图3D）和具体城市案例分析（图3E）量化了超冷水泥的减排效益，指出在尼亚美、海口等炎热城市，其在使用阶段的碳减排量足以在建筑寿命期内抵消生产阶段的碳排放，实现净负碳目标。
该图不仅通过严谨的现场实验回答了“在实际中用起来效果如何”的问题，更通过机器学习和生命周期评估将单个材料的效能放大到全球尺度，有力地论证了超冷水泥在缓解城市热岛效应、降低建筑碳排放方面的巨大潜力。 小结 随着全球变暖，建筑空调能耗越来越高，还会增加碳排放，而水泥作为最常用的建筑材料，不仅生产时会释放大量二氧化碳，自身太阳反射率低，还容易吸热，进一步加重空调负担。不过，现有的建筑降温技术要么难以大规模使用、成本高，要么耐用性差，没法很好地适配土木工程需求，所以研究人员想开发一种既凉快、耐用，又能大规模生产的低碳水泥。 研究团队用了 “自下而上” 的方法，先挑选合适的原材料优化水泥熟料成分，再通过压力驱动的特殊工艺，用可回收的模具做出带有微小凹腔的水泥表面（也就是 “超表面”）。这种工艺能让水泥里的钙矾石晶体在微腔表面整齐排列，再加上水泥内部的细小孔隙，让它既能反射 96.2% 的太阳光，又能高效散发自身热量。 团队还做了很多测试，比如在正午太阳最强的时候，这种 “超冷水泥” 能比周围温度低 5.4℃，比普通水泥低 26℃；把它泡在酸碱液体里、用紫外线照、反复冻融，它的强度和降温能力都没明显变化。另外，通过计算机分析它从生产到使用的全周期，发现它甚至可能实现 “负碳排放”，也就是整个生命周期减少的碳比生产时释放的还多。 这项研究不仅解决了传统水泥吸热、高碳排放的问题，还突破了现有降温材料的局限，让耐用、低碳的降温水泥能大规模用于建筑屋顶、墙面等，既帮建筑省空调电，又能减少碳排放，为建筑行业更环保、更节能提供了新方向。该技术尤其适用于高温高辐照地区，如热带和亚热带城市，具备广泛的应用前景。 来源：友绿网
