科羅拉多大學博爾德分校的一組工程師開發了一種可伸縮的人造超材料——一種具有自然界所沒有的非凡性能的工程材料——作為一種建筑空調系統。它有能力冷卻物體，即使在陽光直射下，不消耗任何能量和水。

當應用于表面時，超材料薄膜通過有效地將入射的太陽能反射回太空，同時允許表面以紅外熱輻射的形式散發熱量，從而為下面的物體降溫。

今天的《科學》(Science)雜志上介紹了這種新材料，它可以為熱電廠提供一種環保的輔助冷卻手段。目前，熱電廠需要大量的水和電來維持機器的運行溫度。

研究人員的玻璃-聚合物混合材料只有50微米厚——比廚房里的鋁箔稍微厚一點——而且可以經濟地在紙卷上生產，這使它成為一種潛在的可行的大規模住宅和商業應用技術。

“我們認為，這種低成本的制造過程將改變這種輻射冷卻技術在現實世界的應用，”該研究的聯合主任、科羅拉多大學博爾德分校機械工程系和材料科學與工程項目的助理教授尹曉波說。2015年，尹獲得國防部高級研究計劃局青年教師獎。

這種材料利用了被動輻射冷卻，即物體以紅外輻射的形式自然散熱，而不消耗能量。熱輻射提供了一些自然的夜間冷卻，在一些地區被用于住宅冷卻，但是白天的冷卻在歷史上是一個更大的挑戰。對于暴露在陽光下的結構，即使是少量的直接吸收太陽能也足以抵消被動輻射。

因此，科羅拉多大學博爾德分校的研究人員面臨的挑戰是創造一種能產生雙重沖擊的材料:將任何射入的太陽光線反射回大氣，同時仍能提供一種逃離紅外線輻射的途徑。為了解決這個問題，研究人員將可見散射但紅外輻射的玻璃微球嵌入到聚合物薄膜中。然后他們在下面添加了一層薄薄的銀色涂層，以達到最大的光譜反射率。

同樣是機械工程教授和機械工程師協會會員的楊榮貴補充道:“玻璃聚合物超材料的形成和銀涂層都是在卷對卷的過程中大規模生產的?！?/p>

在科羅拉多州的Boulder和亞利桑那州的Cave Creek進行的現場測試中，這種超材料成功地證明了其連續72小時的平均輻射冷卻功率大于110W/m2，在正午的陽光直射下的平均輻射冷卻功率大于90W/m2。這種冷卻功率大致相當于在類似區域使用太陽能電池產生的電力，但輻射冷卻的優點是晝夜連續運行。

“在屋頂上放置10到20平方米的這種材料，在夏天就可以很好地為獨棟住宅降溫，”懷俄明大學土木與建筑工程系副教授、論文合著者譚鋼(Gang Tan，音譯)說。

除了用于建筑物和發電廠的冷卻之外，這種材料還可以幫助提高太陽能電池板的效率和壽命。在陽光直射的情況下，太陽能電池板可能會過熱，從而影響其將太陽光轉化為電能的能力。

尹說:“只要將這種材料應用到太陽能電池板的表面，我們就可以冷卻電池板，并恢復額外的1%到2%的太陽能效率?！薄斑@在規模上有很大的不同。”

這些工程師已經為這項技術申請了專利，并與科羅拉多大學博爾德分校的技術轉讓辦公室合作，探索潛在的商業應用。他們計劃于2017年在博爾德建造一個200平方米的“冷卻農場”原型。

這項發明是2015年能源部高級研究項目署(ARPA-E)授予Yang, Yin和Tang的300萬美元資助的結果。

楊說:“這項技術的關鍵優勢在于，它可以全天候工作，不用電，不用水。我們很高興有機會在電力工業、航空航天、農業等領域探索潛在的用途?！?/p>