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新涂料可有效降低任意表面溫度

希臘和其他陽(yáng)光普照的國家的房屋經(jīng)常被涂成白色，以反射盡可能多的陽(yáng)光。如今，研究人員正在利用一種新的“被動(dòng)輻射冷卻”材料重新詮釋這種古老的策略，以達到減少陽(yáng)光和熱量的目的。大多數的此類(lèi)技術(shù)都無(wú)法利用現有的屋頂和墻壁，但是美國的一個(gè)研究團隊現在已經(jīng)制造出一種可以覆蓋任何表面的冷卻

     希臘和其他陽(yáng)光普照的國家的房屋經(jīng)常被涂成白色，以反射盡可能多的陽(yáng)光。如今，研究人員正在利用一種新的“被動(dòng)輻射冷卻”材料重新詮釋這種古老的策略，以達到減少陽(yáng)光和熱量的目的。大多數的此類(lèi)技術(shù)都無(wú)法利用現有的

屋頂和墻壁，但是美國的一個(gè)研究團隊現在已經(jīng)制造出一種可以覆蓋任何表面的冷卻涂料，使溫度降低約6攝氏度。新涂料可以直接涂覆在任意質(zhì)地物體的表面，還可與不同顏料結合呈現不同色彩。

     這一進(jìn)展凸顯了“該領(lǐng)域的巨大進(jìn)步”，科羅拉多大學(xué)博爾德分校材料科學(xué)家Xiaobo Yin說(shuō)。他的團隊開(kāi)發(fā)了一種被動(dòng)的輻射冷卻塑料薄膜，并成立了一家名為Radi-Cool的初創(chuàng )公司，旨在將其商業(yè)化。Yin說(shuō)，這些新材料在某些

氣候條件下可能會(huì )使冷卻成本降低15%?！斑@是一個(gè)很大的數字?！彼f(shuō)。在美國，有17%的住宅用電用于空調，因此節省的開(kāi)支可能是巨大的。

     白色涂料通常只反射大約80%的可見(jiàn)光，而且它們仍然吸收紫外線(xiàn)和近紅外射線(xiàn)，這些射線(xiàn)能夠使建筑物變熱。為了做得更好，新材料首先要結合能夠反射幾乎所有太陽(yáng)光線(xiàn)的材料或結構，包括近紅外射線(xiàn)，在某些情況下，甚至包

括紫外線(xiàn)。此外，它們還需含有聚合物或其他物質(zhì)，以便利用它們的化學(xué)成分，將額外的熱量以8到13微米的波長(cháng)散發(fā)掉。大氣不會(huì )阻擋這些波長(cháng)的輻射，從而可以讓材料在不加熱周?chē)諝獾那闆r下將多余的熱量有效地釋放到空間中。

     2014年，由加州帕洛阿爾托斯坦福大學(xué)的電氣工程師Shanhui Fan領(lǐng)導的研究團隊在《自然》雜志上報告說(shuō)，通過(guò)一種含有二氧化硅和二氧化鉿的交替層，他們制造出一個(gè)高度反射的表面，能夠比周?chē)目諝鉁囟鹊?攝氏度。去年，Fan及其同事使用另一種材料——一種聚合物和銀膜結合物——冷卻用于空調的水。該團隊表示，在夏季，這種技術(shù)有可能節省21%的空調使用成本。自那以后，Fan的團隊成立了自己的初創(chuàng )公司SkyCool Systems。

     Yin和他的同事Ronggui Yang去年又有了新的進(jìn)展：一種里面嵌入了微小玻璃珠的塑料薄膜，能夠使表面溫度降低10攝氏度。而在澳大利亞，應用物理學(xué)家Angus Gentle和悉尼科技大學(xué)的Geoff Smith在2015年報告說(shuō)，一種由兩

種聚合物制成的涼爽的屋頂材料，在正午和夜間分別能夠使屋頂比周?chē)目諝鉁囟鹊?攝氏度和6攝氏度。

     然而將這些涂層應用于屋頂和壁板材料仍然有一個(gè)問(wèn)題。高度反光的化合物可以被整合到傳統的木瓦和黏土瓦中，用于新的建筑物或翻新。但是對于現有的建筑物來(lái)說(shuō)，要有更多的選擇是比較困難的。

而這就是新的被動(dòng)冷卻涂料的用武之地。

     哥倫比亞大學(xué)應用物理與應用數學(xué)系Yuan Yang和Nanfang Yu團隊在新一期美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文說(shuō)，他們開(kāi)發(fā)的新材料是一種多尺度微納孔結構的“聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物”，用這種材料制成的薄膜在太陽(yáng)光波段

具有96%到99.6%的高反射率，在紅外輻射窗口具有97%的高輻射率，在白天無(wú)需電能即可實(shí)現制冷。

     測試結果顯示，在光照充足的干燥環(huán)境中，薄膜表面溫度可比環(huán)境溫度低約5.9攝氏度;在潮濕環(huán)境中，薄膜溫度可比環(huán)境溫度低約2.9攝氏度。

     據介紹，這種多孔薄膜中，聚偏二氟乙烯與空氣折射率相差很大，可有效散射陽(yáng)光，包括紫外光、可見(jiàn)光和近紅外光，從而實(shí)現高反射率，不會(huì )被陽(yáng)光加熱;微米多孔結構提高了材料的輻射率，增加了向外的熱輻射。

     據了解，此前類(lèi)似功能材料的制備多需要復雜的真空沉積設備，且難以直接覆蓋在任意形狀和質(zhì)地的物體表面。新材料則具有成本較低、適用性強等優(yōu)點(diǎn)，可直接涂覆在塑料、金屬和木材等任意表面。

     Yang表示，建筑物表面往往對顏色有所要求，這種材料可以和顏料結合在一起，呈現不同色彩的同時(shí)將陽(yáng)光中的近紅外光反射掉，和傳統涂料相比，可顯著(zhù)降低建筑物的溫度。

    “它看起來(lái)很適合被廣泛應用?！盙entle說(shuō)。加州勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗室的一位屋頂冷卻專(zhuān)家Ronnen Levinson說(shuō)，新涂料的價(jià)格大約是傳統涂料的5倍。但增加的成本帶來(lái)了好處。Gentle說(shuō)：“所有這些非?？岬耐繉邮沟弥形?/p>

就像夜間一樣涼爽?！?/p>