喜讯！曹之胤教授两周连发三篇Advanced Materials

纳米人

2026-05-21

近日，香港城市大学能源及环境学院曹之胤教授团队在智能液滴操控与被动辐射制冷方向连续取得重要进展，两周内接连在国际知名期刊Advanced Materials发表三篇论文。三项工作分别聚焦轨道电润湿液滴操控与仿生光散射被动日间辐射制冷，体现了曹之胤教授在水-能-热管理、绿色建筑节能和智能界面调控领域的持续深耕与国际影响力。

第一篇论文题为“Orbital Electrowetting: From Continuous Droplet Transport to Programmable Microfluidics”，由香港城市大学曹之胤教授团队联合香港理工大学王钻开教授、大连理工大学姜东岳教授共同完成。论文系统总结并展望了新兴液滴操控技术-轨道电润湿，即Orbital Electrowetting，OEW。香港城市大学博士后谭杰、都家宇、吕东、高毅奎，大连理工大学姜东岳教授，香港理工大学王钻开教授，北京科技大学刘文杰和香港城市大学曹之胤教授为论文作者，姜东岳教授、王钻开教授和曹之胤教授为共同通讯作者。

该Perspective论文系统总结并展望了新兴液滴操控技术-轨道电润湿，即Orbital Electrowetting，OEW。传统电润湿技术在数字微流控、液体透镜和芯片实验室等领域具有重要应用，但通常依赖大量独立寻址电极和复杂控制电路，在长距离液滴输运和复杂微流控网络中面临扩展性不足的问题。

轨道电润湿通过非对称电润湿力和静电能量梯度，驱动液滴沿预设轨道实现连续、高速和稳定运动。该方法仅需极少数量电极和简单全局激励，即可完成长距离液滴输运，从而显著降低电路复杂度，并提升液滴操控效率。相关研究显示，在双尺度超疏水表面上，轨道电润湿可实现约210 mm/s的液滴运动速度，约为传统电润湿输运速度的5倍，并可完成复杂轨迹转弯、抗重力爬升和超过1000次连续循环稳定运行。

图2 超疏水表面上的轨道电润湿

此外，轨道电润湿还可拓展至油浸润表面，即SLIPS，实现人工血液、蛋白溶液、乙醇、表面活性剂溶液、强酸强碱溶液和高浓度盐溶液等多种复杂液体的稳定输运，速度可达 120 mm/s。通过轨道结构设计，该技术还可实现液滴合并、分裂、混合、多通道传输和垂直爬升等基础微流控操作，有望发展为面向可编程微流控的平台技术。

图3 油浸润表面上的轨道电润湿

论文进一步展望了轨道电润湿在光伏表面除雾与自清洁、冷凝传热强化、大气水收集和水-能协同系统中的应用潜力。特别是当轨道电润湿与被动辐射冷却表面结合时，有望实现冷凝液滴的主动输运和高效收集，为未来绿色能源和水资源利用提供新策略。

图4 轨道电润湿技术展望

第二篇论文题为“Bioinspired Light-Scattering Structures for Passive Daytime Radiative Cooling”，由中山大学先进制造学院余树东副教授、吴嘉宁教授团队联合香港城市大学能源及环境学院曹之胤教授完成。余树东副教授、吴嘉宁教授、曹之胤教授为共同通讯作者。该Review系统总结了仿生光散射结构在被动日间辐射制冷中的设计原则、调控机制、材料体系和应用前景。论文以自然界中的白甲虫、撒哈拉银蚁、蝴蝶翅膀等光散射结构为启发，梳理了散射颗粒、多孔结构及其耦合体系如何协同提高太阳反射率和红外发射率。

被动日间辐射制冷是一种无需额外能量输入的绿色降温技术，可通过反射太阳辐射并在8-13 μm大气窗口向外太空辐射热量，实现低能耗甚至零能耗降温。该Review进一步总结了相关材料在建筑节能、光伏热管理、柔性电子、个人热管理、农业环境调控和食品保鲜等方向的应用潜力，并讨论了标准化测试、结构稳定性、规模化制备和AI辅助材料设计等未来发展方向。作为共同通讯作者，曹之胤教授在辐射制冷材料体系、建筑节能应用和水-能-热管理方向提供了重要学术指导，推动了该综述从基础机制到工程应用的系统梳理。

图5 综述的主要内容

总体而言，这两篇Advanced Materials论文分别从智能液滴操控和被动辐射制冷材料两个方向展开，体现了曹之胤教授团队围绕水-能-热管理的系统布局。轨道电润湿工作为下一代微流控、热管理和水收集技术提供了新的液滴操控平台；仿生光散射辐射制冷综述则为绿色建筑、光伏冷却和可持续热管理材料的发展提供了重要参考。两项成果相互呼应，共同展示了曹之胤教授在绿色能源、智能表界面和低碳城市技术方向的持续影响力。

图6 辐射制冷技术的基本原理

未来，曹之胤教授团队将继续面向碳中和与可持续发展需求，围绕被动热管理、智能材料、绿色建筑和水资源利用等方向开展交叉研究，推动基础科学发现向实际工程应用转化，为新一代低碳能源与环境技术发展贡献力量。

第三篇论文题为“Toward Human Thermal Comfort: An Adaptive Solar-Radiative Thermoregulator”，是香港科技大学机械与航空航天工程系黄宝陵教授团队的最新研究成果，曹之胤教授作为共同作者参与了该项工作的发表。

该工作面向建筑热管理中的人体热舒适需求，提出了一种可同时响应温度、湿度和太阳辐射的自适应太阳-辐射温控装置。该装置由Janus致动器阵列和冷却基板组成，可根据环境变化在太阳加热、辐射保温和辐射冷却模式之间连续调节，实现从824 W/m²制热到-114 W/m²制冷的无级热调控。户外模型房测试表明，该智能温控装置可在白天零能耗条件下维持长达约6小时的人体热舒适；全球气候模拟进一步显示，相比标准屋顶，该装置可在维持室内热舒适的同时降低15%–50%的建筑能耗。曹之胤教授结合其在被动辐射制冷、建筑节能和热管理方向的研究积累，对该工作提供了重要支持，进一步体现了其在绿色建筑与可持续热管理领域的持续影响力。

图7 自适应装置在建筑节能上的巨大潜力