在技术进步与工业发展的驱动下，设备日益小型化、功率密度持续提升以及在极端环境中的应用拓展，对热管理提出了更为严苛的要求。然而，传统热管理技术在效率与适应性方面存在固有局限，难以满足这些严苛要求。在此背景下，高发射率红外涂层凭借其通过热辐射实现高效冷却的基础机制而备受关注。高发射率红外涂层是指通过工程化设计实现高发射率值的功能性涂层，其通过增强红外电磁波辐射，在金属基材与环境之间建立起高效的热传递通道。该机制显著提升了金属构件的冷却效能，从而成为高温金属防护的关键技术路径。

高发射率红外涂层的研究始于20世纪60-70年代，由工业窑炉节能需求推动。随后，科学家们开始研究具有优异辐射性能的化合物，以提升热传递效率。早期研究表明，涂层结构与成分是决定发射率性能的主要因素。初期研究主要聚焦于碳化硅SiC和Fe₂O₃等低成本、高发射率的红外材料。然而，这些材料存在明显缺陷：SiC在高温下易氧化导致红外发射率衰减，而Fe₂O₃基涂层在1200°C以上烧结时发射率显著下降。这些局限性制约了其实际应用。自21世纪初以来，通过特殊复合工艺制备的复杂过渡金属氧化物因其高发射率与可调控掺杂特性成为研究热点，同时粘结剂体系也从简单的无机盐，逐渐发展为包含微米级粉体、聚合物及陶瓷相的多组分复合体系。与此同步，涂层制备技术已从高温固相烧结转向热喷涂、微弧氧化等先进工艺，推动其应用范围从最初的红外干燥与加热，拓展至航空航天、冶金制造、医疗健康及电子工业等领域。

2025年10月9日，Surface Science and Technology以封面文章发表了来自北京航空航天大学于美教授团队的论文“High-emissivity infrared coatings for radiative cooling: research progress in high-temperature protection of metals”。该论文对金属热防护系统用高发射率红外涂层的进展研究进行批判性评述。研究系统整合了三个相互关联的维度：基础红外辐射产生机理、性能增强策略及主流制备技术。首先，从宏观与微观双重角度阐明红外辐射的内在机制。在此基础之上，详细论述了提升发射率的关键策略，包括成分设计与多尺度结构优化，并着重分析了晶体结构与辐射特性之间的内在关联。随后，对主流涂层制备技术的工艺特性与工程适用性进行了对比评估。最后，系统阐明了高发射率红外涂层体系面临的研究挑战与未来发展方向，以期为先进热防护解决方案提供理论指导。

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Graphical Abstract

图1 面向辐射冷却的高发射率红外涂层优化结构设计

图2 基础红外辐射机制分类：(a) 本征吸收与发射，(b) 载流子吸收与复合，(c) 晶格/分子振动，(d) 杂质吸收与发射

图5a 原始CuFe₂O₄与0.15-Ni掺杂CuFe₂O₄的电子能带结构，(b) 不同Ni掺杂量合成涂层在不同测试温度下的红外发射率特性

图11 主流高温高发射率红外涂层的制备方法及其优缺点比较

图13 通过有机载体分散复合（OCDC）法制备高发射率红外涂层的过程

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Conclusion