全球对冷却的需求持续增长，而传统冷却方法能耗高且加剧了温室效应，这推动了被动冷却技术的探索[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。其中，蒸发冷却（EC）和辐射冷却（RC）受到了广泛关注，但两者都存在固有的局限性：EC依赖于持续的水源供应，限制了其在水资源匮乏地区的应用；RC虽然不需要水，但其冷却能力受天气条件影响显著，并且理论极限较低[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。因此，结合EC和RC的混合设计成为实现高性能冷却的关键方向。然而，现有的混合方法往往难以解决一个根本性的权衡问题：虽然水分可以增强蒸发冷却效果，但同时会抑制辐射冷却的光学性能，阻碍了真正协同的全天气被动冷却系统的实现[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。
白天辐射冷却已成为一种有前景的解决方案，一些新开发的材料的冷却功率超过了50 W·m-2[29]、[30]、[31]。代表性的例子包括冷却薄膜[32]、[33]、[34]、选择性响应材料[35]、[36]以及辐射冷却结构材料[37]。然而，大多数报道材料的冷却功率仍低于150 W·m-2，主要受到多变天气条件和有限大气窗口的限制[38]、[39]。要克服这些限制，需要创新的结构设计，以减轻大气窗口外红外波长的热量吸收。目前的方法，如仅在8–13 µm范围内选择性辐射的冷却材料，具有材料特异性，不适合大规模应用[40]。这促使人们研究结合其他冷却机制（如蒸发）来抵消热量吸收并提高材料性能[41]、[42]。值得注意的是，当前全球大气中的水分储存量约为12,900 km3[43]，这是一种普遍存在的可再生水资源，可用于蒸发冷却[44]、[45]。尽管蒸发冷却效率较高，但它依赖于外部纯水供应，需要复杂的基础设施，并在水分分布不均的地区加剧了挑战。利用空气中的水分作为可再生水源提供了一种可持续的替代方案。当这种策略与辐射冷却材料结合使用时，可以为超越传统辐射冷却的理论极限提供可行的途径。最近，朱等人[46]报道了使用特定分子键振动在8–13 µm范围内实现78%发射率的选择性热发射体，接近辐射冷却的理论极限。更近期，甘等人[47]提出了一种自吸收水蒸发冷却设计，结合了RC层，实现了夜间集水和白天蒸发以增强冷却性能。这些创新突显了向结合蒸发和辐射机制的混合被动冷却系统发展的趋势，以实现更强的冷却能力。
然而，目前的研究主要集中在蒸发作用对辐射冷却的增强作用上，而忽视了几个关键方面。对于下一代混合被动冷却系统，仍需要在提高内在辐射冷却能力、补偿其他波长的热量吸收以及深入分析水分收集效应和蒸发冷却的温度变化方面取得突破。目前的研究尚未探讨抵消大气窗口外波长额外热量吸收的成功情况，同时蒸发冷却的水分收集和温度效应也尚未得到深入分析。
在这里，我们提出了一种可扩展的双层辐射/蒸发冷却器（RE冷却器），它结合了辐射冷却和大气湿度驱动的蒸发冷却。该设计在辐射性的PTFE/PET表面下方使用了吸湿性水凝胶（PVA/CNFs–CaCl2），克服了传统蒸发冷却中的供水问题。这种分层结构将水凝胶与辐射层物理隔离，防止水分积聚，同时允许蒸汽有效逸出，从而从根本上减轻了辐射抑制。因此，这种可再生能源冷却器的温度可以比单独使用辐射冷却时降低约8°C，冷却能力提高了两倍以上。除了性能提升外，夜间吸收水分和白天的蒸发冷却形成了一个水循环。我们的研究表明，这种效果来自于反射（95%）、发射（97%）以及从1.75 g·g-1（相对湿度40%）到2.5 g·g-1（相对湿度90%）的蒸发作用。此外，模拟表明，这种策略每年可为每个城市节省约30%的能源，并显著减少CO2排放，凸显了其在从电子设备冷却到个人热管理等多种应用中的前景和成本效益。
