新涂料可有效降低任意表面溫度

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希臘和其他陽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光。如今，研究人員正在利用一種新的“被動輻射冷卻”材料重新詮釋這種古老的策略，以達(dá)到減少陽光和熱量的目的。大多數(shù)的此類技術(shù)都無法利用現(xiàn)有的屋頂和墻壁，但是美國的一個研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)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(jié)合呈現(xiàn)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。他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種被動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，這些新材料在某些氣候條件下可能會使冷卻成本降低15%�！斑@是一個很大的數(shù)字�！彼�說。在美國，有17%的住宅用電用于空調(diào)，因此節(jié)省的開支可能是巨大的。

白色涂料通常只反射大約80%的可見光，而且它們?nèi)匀晃�收紫外線和近紅外射線，這些射線能夠使建筑物變熱。為了做得更好，新材料首先要結(jié)合能夠反射幾乎所有太陽光線的材料或結(jié)構(gòu)，包括近紅外射線，在某些情況下，甚至包括紫外線。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微米的波長散發(fā)掉。大氣不會阻擋這些波長的輻射，從而可以讓材料在不加熱周圍空氣的情況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(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上報告說，通過一種含有二氧化硅和二氧化鉿的交替層，他們制造出一個高度反射的表面，能夠比周圍的空氣溫度低5攝氏度。去年，F(xiàn)an及其同事使用另一種材料——一種聚合物和銀膜結(jié)合物——冷卻用于空調(diào)的水。該團(tuán)隊(duì)表示，在夏季，這種技術(shù)有可能節(jié)省21%的空調(diào)使用成本。自那以后，F(xiàn)an的團(tuán)隊(duì)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(yīng)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，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圍的空氣溫度低3攝氏度和6攝氏度。

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

而這就是新的被動冷卻涂料的用武之地。

哥倫比亞大學(xué)應(yīng)用物理與應(yīng)用數(shù)學(xué)系Yuan Yang和Nanfang Yu團(tuán)隊(duì)在新一期美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文說，他們開發(fā)的新材料是一種多尺度微納孔結(jié)構(gòu)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，在白天無需電能即可實(shí)現(xiàn)制冷。

測試結(jié)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(jù)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，可有效散射陽光，包括紫外光、可見光和近紅外光，從而實(shí)現(xiàn)高反射率，不會被陽光加熱;微米多孔結(jié)構(gòu)提高了材料的輻射率，增加了向外的熱輻射。

據(jù)了解，此前類似功能材料的制備多需要復(fù)雜的真空沉積設(shè)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(qiáng)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(jié)合在一起，呈現(xiàn)不同色彩的同時將陽光中的近紅外光反射掉，和傳統(tǒng)涂料相比，可顯著降低建筑物的溫度。

“它看起來很適合被廣泛應(yīng)用�！盙entle說。加州勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的一位屋頂冷卻專家Ronnen Levinson說，新涂料的價格大約是傳統(tǒng)涂料的5倍。但增加的成本帶來了好處。Gentle說：“所有這些非�？岬耐繉邮沟弥形缇拖褚归g一樣涼爽�！�(趙熙熙)