透明薄膜拒绝70％的太阳热量

为了应对夏季高温，办公楼和住宅楼倾向于调高空调，使能源账单飙升。事实上，据估计，空调使用美国所有电力的6%左右，每年的成本为290亿美元 - 随着全球恒温器的攀升，这笔费用肯定会增加。

现在，麻省理工学院的工程师已经开发出一种可以应用于建筑物窗户的热量反射薄膜，以反射高达70%的太阳热量。该薄膜能够在32摄氏度或89华氏度以下保持高度透明。研究人员表示，高于这个温度，这部电影可以作为一种“自主系统”来排除热量。他们估计，如果这部电影覆盖了建筑物中每个朝外的窗户，建筑物的空调和能源成本可能下降10%。

该薄膜类似于透明塑料包装，其隔热性能来自嵌入其中的微小微粒。这些微粒由一种相变材料制成，该材料在暴露于85华氏度或更高的温度时会收缩。在其更紧凑的配置中，微粒为通常透明的薄膜提供更透明或磨砂的外观。

在夏天应用于窗户，电影可以被动地冷却建筑物，同时仍然允许充足的光线。麻省理工学院机械工程教授Nicholas Fang表示，该材料为现有的智能窗技术提供了一种经济实惠且节能的替代方案。

“目前市场上的智能窗户在抑制太阳热量方面效率不高，或者像一些电致变色窗户一样，它们可能需要更多的动力来驱动它们，因此你需要付费才能使窗户变得不透明，”方说。“我们认为可能有新的光学材料和涂料的空间，以提供更好的智能窗口选择。”

方和他的同事，包括香港大学的研究人员，已将他们的成果发表在Joule期刊上。

“鱼网在水中”

就在一年多以前，方舟子开始与香港大学的研究人员合作，他们热衷于寻找降低城市建筑能耗的方法，特别是在夏季，当该地区出现臭名昭着的热和空气 - 空调使用量达到顶峰。

“迎接这一挑战对于像香港这样的大都市区来说至关重要，他们在严格的节能期限内，”方说，他指的是香港承诺到2025年将能源使用量减少40%。

经过一些快速计算后，方的学生们发现，建筑物的很大一部分热量是以阳光的形式通过窗户进入的。

“事实证明，对于每平方米，大约500瓦的热能通过窗户被阳光带入，”方说。“这相当于大约五个灯泡。”

方舟子研究了外来相变材料的光散射特性，他们想知道这种光学材料是否可以用于窗户，被动地反射建筑物的大部分热量。

研究人员通过文献查看了“热致变色”材料 - 温度敏感材料，这些材料会暂时改变相对于热量的相位或颜色。它们最终落在由聚(N-异丙基丙烯酰胺)-2-氨基乙基甲基丙烯酸盐酸盐微粒制成的材料上。这些微粒类似于微小透明的纤维网状球体并且充满水。在85°F或更高的温度下，球体基本上挤出所有的水并收缩成紧密的光纤束，以不同的方式反射光线，使材料半透明。

“这就像水中的渔网，”方说。“制造网的每根纤维本身反射出一定量的光。但是因为鱼网中嵌入了大量的水，所以每根纤维都难以看到。但是一旦挤出水，纤维就会变得明显“。

在之前的实验中，其他研究小组发现，虽然收缩的颗粒可以相对较好地抑制光线，但它们在屏蔽热量方面不太成功。方和他的同事意识到这种限制归结为颗粒尺寸：先前使用的颗粒缩小到直径约100纳米 - 比红外光的波长小 - 使热量容易通过。

相反，方和他的同事们扩大了每个微粒的分子链，因此当它因热量而缩小时，粒子的直径大约为500纳米，方舟子说“与太阳光的红外光谱更加相容”。

舒适的区别

研究人员创造了一种隔热微粒的解决方案，将它们涂在两片12×12英寸的玻璃之间，形成一个薄膜涂层窗口。他们将太阳模拟器发出的光线照射到窗户上以模仿入射的阳光，并发现电影因热量而变冷。当他们测量透过窗户另一侧的太阳辐照度时，研究人员发现该薄膜能够剔除灯泡产生的70%的热量。

该团队还在一个带有散热薄膜的小型量热室内，测量了室内温度，因为它们从太阳模拟器通过薄膜照射光线。在没有薄膜的情况下，内部温度加热到大约102华氏度 - “大约高温的温度”，方说。随着电影，内室保持在更容忍的93 F.

“这是一个很大的不同，”方说。“你可以在舒适度上做出很大的贡献。”

展望未来，该团队计划对胶片进行更多测试，看看调整配方并以其他方式应用它可能会改善其隔热性能。