科學(xué)家開(kāi)發(fā)智能屋頂涂料 可根據(jù)室外溫度自動(dòng)切換
發(fā)布日期： 2021-12-17 10:31:36 來(lái)源： 科技日?qǐng)?bào)
科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種四季皆宜的智能屋頂涂料，可以在不消耗天然氣或電力的情況下，讓家里的溫度冬暖夏涼。當(dāng)?shù)貢r(shí)間16日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究結(jié)果指出，新全季屋頂涂料會(huì)根據(jù)室外空氣溫度自動(dòng)從制冷切換到保暖。這種溫度自適應(yīng)輻射涂層(TARC)是第一種通過(guò)調(diào)節(jié)輻射冷卻速率自動(dòng)在炎熱天氣降溫和寒冷天氣升溫的屋頂涂料，實(shí)現(xiàn)這一特性得益于其主要材料——二氧化釩。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)部門(mén)的教職科學(xué)家吳俊橋(音譯)解釋說(shuō)，許多冷屋面系統(tǒng)的問(wèn)題在于它們?cè)诙炖^續(xù)向外輻射熱量，從而抬高了屋內(nèi)供暖成本。TARC則可以通過(guò)在冬天自動(dòng)關(guān)閉輻射熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，克服了冬天過(guò)冷的問(wèn)題。
金屬通常是電和熱的良導(dǎo)體。2017年，吳俊橋和他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，二氧化釩中的電子對(duì)電的行為就像金屬，對(duì)熱的行為像絕緣體，換句話(huà)說(shuō)，它們導(dǎo)電良好，但不導(dǎo)熱。低于67℃的二氧化釩對(duì)熱紅外光也是透明的，因此不吸收熱紅外光。但一旦二氧化釩達(dá)到67℃，它就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘贍顟B(tài)，開(kāi)始吸收熱紅外光。在這種情況下，從絕緣體切換到金屬正是我們所熟知的相變材料的特征。
研究還表明，只用鎢取代二氧化釩中僅1.5%的釩(一種被稱(chēng)為“摻雜”的技術(shù))，可以將材料的相變閾值降低到25℃，這是實(shí)際應(yīng)用的理想溫度。
為了解二氧化釩在屋面系統(tǒng)中的表現(xiàn)，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)2厘米乘2厘米的TARC薄膜裝置，它由三層構(gòu)成：由銀制成的反射底層，由氟化鋇組成的透明中間層，以及包含有序塊狀二氧化釩“島”的頂層。
“TARC看起來(lái)像透明膠帶，可以貼在像屋頂一樣的固體表面上。”吳俊橋說(shuō)。
目前的研究證明了TARC薄膜中二氧化釩驚人的全天候多功能性，并在節(jié)能方面更勝一籌。根據(jù)研究人員的測(cè)量，TARC全年反射大約75%的陽(yáng)光，但當(dāng)環(huán)境溫度較高(超過(guò)25℃)時(shí)，它的熱發(fā)射率很高(約90%)，促進(jìn)了熱量向天空的流失。在較涼爽的天氣，TARC的熱發(fā)射率自動(dòng)切換到低水平(約20%)，有助于保留太陽(yáng)能吸收和室內(nèi)取暖帶來(lái)的熱量。
未來(lái)，研究人員計(jì)劃在更大范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)TARC原型，以進(jìn)一步測(cè)試其作為實(shí)用屋頂涂料的性能。吳俊橋說(shuō)，TARC還可能作為一種熱保護(hù)層來(lái)延長(zhǎng)智能手機(jī)和筆記本電腦的電池壽命，并保護(hù)衛(wèi)星和汽車(chē)免受極高或極低溫度的影響。它還可以用來(lái)制作帳篷、溫室覆蓋物，甚至帽子和夾克的調(diào)溫面料。(科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣)
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