天空Sky 是一種天然的熱匯，已被廣泛用于家庭的被動輻射冷卻。很多研究焦點，都集中在使用靜態冷卻優化材料特性，在炎熱的白天最大限度地提高屋頂涂層的輻射冷卻能力。然而，在寒冷的夜晚或冬季，由此產生的過冷加劇了供暖成本，特別是在供暖主導能源消耗的氣候條件下。今日，勞倫斯伯克利國家實驗，加利福尼亞大學室Junqiao Wu團隊在Science上發文，報道開發了一種機械柔性涂層，使其熱發射率適應不同的環境溫度，從四季的角度進行熱調節。制造的溫度自適應輻射涂層（TARC）最佳地吸收太陽能，并自動將熱發射度從環境溫度低于15°C時的0.20切換到溫度高于30°C時的0.90，這是利用光子放大的金屬-絕緣體轉變驅動的。模擬結果表明，在大多數氣候條件下，尤其是在季節變化較大的氣候條件下，該系統在節能方面優于現有的屋頂涂料。

全季節家用熱調節的溫度自適應輻射涂層

圖1.溫度自適應輻射涂層TARC及其對家庭熱調節的益處。

圖2.TARC的基本性質與實驗表征。

金屬通常是電和熱的良導體。2017年，該研究團隊發現，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，它們導電良好，但不導熱。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℃，它就會轉變為金屬狀態，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。

圖3.低溫真空室中TARC固有輻射冷卻功率的表征。

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），可以將材料的相變閾值降低到25℃，這是實際應用的理想溫度。為了解二氧化釩在屋面系統中的表現，研究人員設計了一個2厘米乘2厘米的TARC薄膜裝置，它由三層構成：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。

圖4.TARC在室外環境中的表征

被動輻射冷卻技術Passive radiative cooling technology ，利用紅外大氣窗口，使外層空間成為熱量的冷源。然而，這種效應只在溫暖的月份對節能有幫助。在鎢摻雜的二氧化釩中，使用金屬-絕緣體轉變，來制造窗戶玻璃和屋頂涂層，通過在較低溫度下關閉輻射冷卻來繞過這個問題。因為轉變僅僅依賴于溫度，所以這種效應也是被動發生的。模型模擬表明，這些材料將使大部分氣候區全年節約能源。

溫度自適應輻射涂層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溫面料。

文獻鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf7136

DOI: 10.1126/science.abf7136

本文譯自Nature。部分譯文參考了科技日報，一并感謝。