科技日報實習(xí)記者 張佳欣
科學(xué)家們已經(jīng)開發(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，新全季屋頂涂料會根據(jù)室外空氣溫度自動從制冷切換到保暖。這種溫度自適應(yīng)輻射涂層（TARC）是第一種通過調(diào)節(jié)輻射冷卻速率自動在炎熱天氣降溫和寒冷天氣升溫的屋頂涂料，實現(xiàn)這一特性得益于其主要材料——二氧化釩。
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的美國加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)部門的教職科學(xué)家吳俊橋（音譯）解釋說，許多冷屋面系統(tǒng)的問題在于它們在冬天繼續(xù)向外輻射熱量，從而抬高了屋內(nèi)供暖成本。TARC則可以通過在冬天自動關(guān)閉輻射熱量來實現(xiàn)節(jié)能，克服了冬天過冷的問題。
金屬通常是電和熱的良導(dǎo)體。2017年，吳俊橋和他的研究團隊發(fā)現(xiàn)，二氧化釩中的電子對電的行為就像金屬，對熱的行為像絕緣體，換句話說，它們導(dǎo)電良好，但不導(dǎo)熱。低于67℃的二氧化釩對熱紅外光也是透明的，因此不吸收熱紅外光。但一旦二氧化釩達到67℃，它就會轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘贍顟B(tài)，開始吸收熱紅外光。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（一種被稱為“摻雜”的技術(shù)），可以將材料的相變閾值降低到25℃，這是實際應(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)計了一個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看起來像透明膠帶，可以貼在像屋頂一樣的固體表面上。”吳俊橋說。
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)研究人員的測量，TARC全年反射大約75%的陽光，但當(dāng)環(huán)境溫度較高（超過25℃）時，它的熱發(fā)射率很高(約90%)，促進了熱量向天空的流失。在較涼爽的天氣，TARC的熱發(fā)射率自動切換到低水平（約20%），有助于保留太陽能吸收和室內(nèi)取暖帶來的熱量。
未來，研究人員計劃在更大范圍內(nèi)開發(fā)TARC原型，以進一步測試其作為實用屋頂涂料的性能。吳俊橋說，TARC還可能作為一種熱保護層來延長智能手機和筆記本電腦的電池壽命，并保護衛(wèi)星和汽車免受極高或極低溫度的影響。它還可以用來制作帳篷、溫室覆蓋物，甚至帽子和夾克的調(diào)溫面料。
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