科學家找到一種讓材料既能隔熱又不遮擋視線的方法

在炎熱的夏季，窗戶往往是一個令人愛恨交織的存在：它們為室內帶來了明亮的自然光和開闊的視野，卻也成為了熱量入侵的主要通道。傳統的隔熱手段，如遮光窗簾或深色貼膜，雖然能阻擋熱浪，卻也不可避免地犧牲了室內的采光和窗外的美景。然而，這一兩難困境可能即將成為歷史。

來自美國圣母大學（University of Notre Dame）的研究團隊近日宣布了一項突破性成果：他們利用量子計算與機器學習技術，成功研發出一種新型透明窗戶涂層，能夠在保持玻璃清晰透明的同時，有效阻擋產生熱量的紫外線和紅外線，從而顯著降低室內溫度。

這項研究的核心在于一種被稱為“透明輻射制冷”（TRC）的技術。該項目負責人、圣母大學能源研究教授滕飛（Tengfei Luo）解釋稱，普通的玻璃窗會任由太陽光中的熱輻射穿透進入室內，導致空調負荷劇增。為了解決這一問題，研究團隊并未采用傳統的試錯法，而是創新性地引入了量子計算輔助的機器學習模型。通過這一強大的計算工具，他們在極短的時間內從無數種材料組合中篩選出了最優解，設計出一種由二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦等常見材料構成的超薄多層結構，并在其表面覆蓋了一層常用于隱形眼鏡的聚合物（PDMS）。

這種新型涂層的運作機制類似于一副高科技的“建筑墨鏡”，但它比普通墨鏡更為智能。它能夠選擇性地讓可見光穿透，確保室內光線充足、視野清晰；同時，它又能像鏡子一樣，將陽光中攜帶熱量的紫外線和近紅外線反射回去，甚至利用輻射冷卻原理將熱量直接通過大氣層“排放”到外太空中。更值得一提的是，該團隊在最新的研究中進一步優化了涂層結構，使其無論太陽處于何種角度——無論是正午的直射還是早晚的斜射——都能保持高效的隔熱性能，克服了以往同類技術只能在特定角度下發揮作用的局限。

根據模擬測試和實際實驗數據，這種新型窗膜在炎熱干燥的氣候條件下，預計能將建筑的空調冷卻成本降低約 31%。滕飛教授表示，這種涂層不僅適用于住宅和辦公大樓的玻璃幕墻，未來還有望應用于汽車車窗，這對于提升電動汽車的續航里程尤其具有重要意義。隨著這項技術的進一步成熟和規模化生產，它有望成為未來綠色建筑和節能減排領域的一項關鍵技術，讓我們在享受陽光與美景的同時，不再為高昂的電費單和酷熱的室溫而煩惱。

編譯自/ScitechDaily