BaSO$_4$ 作为超高效辐射冷却材料的原子尺度判据：第一性原理预测

辐射冷却因其作为环保冷却技术的巨大潜力而近期复兴。然而，颗粒-基体冷却纳米复合材料的设计通常通过繁琐的试错方法进行，且高效辐射冷却的原子尺度物理机制尚未被很好理解。在本工作中，我们采用预测性第一性原理方法结合蒙特卡洛模拟，确定了超高效辐射冷却材料硫酸钡（BaSO$_4$）纳米复合材料的原子尺度判据。我们的结果表明，BaSO$_4$-丙烯酸纳米复合材料不仅在总太阳反射率上达到 92.5%（0.28 - 4.0 um）的高值，同时还表现出天空窗口区域（8 - 13 um）96.0% 的高法向发射率，优于常用的 $\alpha$-石英（$\alpha$-SiO$_2$）。我们确定了超高效辐射冷却涂料的两个相关特征：i）均衡的带隙与折射率，使其能在太阳光谱中强散射而消除吸收；ii）足够数量的红外活性光学共振声子模式，导致丰富的剩余射线带及天空窗口中的高发射率。本工作中的第一性原理方法及所得物理见解为进一步寻找超高效辐射冷却材料铺平了道路。