新型智能屋顶涂层可全年节能

科学家们已经开发出一种四季皆宜的智能屋顶涂料，可以在不消耗天然气或电力的情况下，让家里的温度冬暖夏凉。当地时间16日发表在《科学》杂志上的研究结果指出，新全季屋顶涂料会根据室外空气温度自动从制冷切换到保暖。这种温度自适应辐射涂层（TARC）是第一种通过调节辐射冷却速率自动在炎热天气降温和寒冷天气升温的屋顶涂料，实现这一特性得益于其主要材料——二氧化钒。

领导这项研究的美国加州大学伯克利分校材料科学部门的教职科学家吴俊桥（音译）解释说，许多冷屋面系统的问题在于它们在冬天继续向外辐射热量，从而抬高了屋内供暖成本。TARC则可以通过在冬天自动关闭辐射热量来实现节能，克服了冬天过冷的问题。

金属通常是电和热的良导体。2017年，吴俊桥和他的研究团队发现，二氧化钒中的电子对电的行为就像金属，对热的行为像绝缘体，换句话说，它们导电良好，但不导热。低于67℃的二氧化钒对热红外光也是透明的，因此不吸收热红外光。但一旦二氧化钒达到67℃，它就会转变为金属状态，开始吸收热红外光。在这种情况下，从绝缘体切换到金属正是我们所熟知的相变材料的特征。

研究还表明，只用钨取代二氧化钒中仅1.5%的钒（一种被称为“掺杂”的技术），可以将材料的相变阈值降低到25℃，这是实际应用的理想温度。

为了解二氧化钒在屋面系统中的表现，研究人员设计了一个2厘米乘2厘米的TARC薄膜装置，它由三层构成：由银制成的反射底层，由氟化钡组成的透明中间层，以及包含有序块状二氧化钒“岛”的顶层。

“TARC看起来像透明胶带，可以贴在像屋顶一样的固体表面上。”吴俊桥说。

目前的研究证明了TARC薄膜中二氧化钒惊人的全天候多功能性，并在节能方面更胜一筹。根据研究人员的测量，TARC全年反射大约75%的阳光，但当环境温度较高（超过25℃）时，它的热发射率很高（约90%），促进了热量向天空的流失。在较凉爽的天气，TARC的热发射率自动切换到低水平（约20%），有助于保留太阳能吸收和室内取暖带来的热量。

未来，研究人员计划在更大范围内开发TARC原型，以进一步测试其作为实用屋顶涂料的性能。吴俊桥说，TARC还可能作为一种热保护层来延长智能手机和笔记本电脑的电池寿命，并保护卫星和汽车免受极高或极低温度的影响。它还可以用来制作帐篷、温室覆盖物，甚至帽子和夹克的调温面料。