新型智能屋面涂料可全年节能

科学家研发出一种适用于所有季节的智能屋顶涂料，可以在不消耗天然气和电力的情况下，让家里的温度冬暖夏凉。根据当地时间16日发表在《科学》杂志上的研究结果，全新的全季节屋面涂料将根据室外气温自动从降温切换到保暖。这种温度自适应辐射涂料(TARC)是第一种通过调节辐射降温速率，实现热天自动降温，冷天自动升温的屋面涂料，其主要材料为——二氧化钒。

领导这项研究的加州大学伯克利分校材料科学系的教师科学家吴俊桥解释说，许多冷屋顶系统的问题是，它们在冬天继续向外辐射热量，从而提高了室内供暖的成本。TARC在冬季可以通过自动关闭辐射热来节约能源，克服了冬季过冷的问题。

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，二氧化钒中的电子表现得像金属对电，绝缘体对热。换句话说，它们导电良好，但不导热。67以下的二氧化钒对热红外光也是透明的，因此不吸收热红外光。但二氧化钒一旦达到67，就会变成金属状态，开始吸收热红外光。在这种情况下，从绝缘体切换到金属是我们熟知的相变材料的特性。

研究还表明，只有钨替代二氧化钒中仅1.5%的钒(一种称为“掺杂”的技术)才能将材料的相变阈值降低到25，这是实际应用的理想温度。

为了了解二氧化钒在屋面系统中的性能，研究人员设计了一种2cm2cm的TARC薄膜装置，该装置由三层组成：由银制成的反射底层、由氟化钡制成的透明中间层和包含有序块状二氧化钒“岛”的顶层。

" TARC看起来像透明胶带，可以像屋顶一样贴在坚固的表面上."吴俊桥说。

目前，研究已经证明了二氧化钒在TARC薄膜中惊人的全天候多功能性，并且在节能方面具有优越性。根据研究人员的测量，TARC全年反射约75%的阳光，但当环境温度较高(超过25)时，其热发射率较高(约90%)，这促进了热量向天空的损失。天气转凉时，TARC的热发射率会自动切换到较低的水平(约20%)，这有助于保留太阳能吸收和室内供暖带来的热量。

未来，研究人员计划开发更大规模的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还可能被用作热保护层，以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织物。