新型隔熱薄膜？附於窗戶上可反射高達 70％的太陽熱量

夏季，為了抵抗酷暑，人們常常會把空調溫度調低，帶來的後果就是電費猛漲。據估計，空調的年用電量大約佔到全美年用電量的 6%，費用高達 290 億美元。隨著全球變暖，這一費用肯定會不斷增長。

最近，MIT 研究人員開發了一種新型可作用在窗戶上的隔熱薄膜，在 32 攝氏度下保持高度透明，但在高於 32 攝氏度的溫度下，它會變成像磨砂玻璃一樣的半透明狀態。這種窗戶隔熱薄膜可以反射高達 70％的太陽熱量，由此降低室內溫度和空調負荷。

研究人員估計，如果建築物所有朝外的窗戶覆蓋這種隔熱薄膜，那麼能耗費用可能會降低 10%。

圖∣MIT 研究人員研發透明薄膜，用作窗戶塗層，可阻擋 70% 的太陽熱量。（來源：MIT News）

在夏季的時候，隔熱膜覆蓋在窗戶上，有助於降低溫度，同時又有較好的透光性。MIT 機械工程專業的教授 Nicholas Fang 表示，與現有的智能窗戶技術相比，這種窗戶隔熱薄膜提供了另一種經濟實惠、節能的選擇。因為目前市場上的智能窗戶要麼隔熱不夠高效，要麼就是非常耗電（比如一些電致變色窗戶）。

「水中魚網」

一年前，Nicholas Fang 教授開始與香港大學研究人員開展合作。

香港大學的研究人員熱衷於尋找降低建築能耗的方式，香港夏天非常炎熱，空調用電達到峰值。香港承諾：到 2025 年，能耗降低 40%。Nicholas Fang 教授表示，「完成這一挑戰，對香港這樣的大都市來說很關鍵，也很緊迫。」

經過簡單計算，Nicholas Fang 教授的學生髮現建築物中的熱量很大一部分是來源於透過窗戶的太陽光。太陽光透過窗戶帶來的熱量大約是 500W/平方米，大約等同於 5 個燈泡的功率。

Nicholas Fang 研究團隊的主要方向是研究相轉變材料的光散射性能，他們好奇這樣的光學材料是否適用於窗戶，用來反射大部分建築熱量，從而達到隔熱效果。

他們研究了多種熱致變色材料，這種材料對溫度敏感，隨著溫度的變化而改變相態。最終，他們發現 NIPAM-DMAEMA 共聚物（poly (N-isopropylacrylamide)-2-Aminoethylmethacrylate hydrochloride）微粒材料，具有較好的隔熱性能。這些微粒類似於微小透明的、纖維網狀的球顆粒，其中充滿了水。當升高至一定溫度，球顆粒中所有水被擠出，收縮成密實的纖維束，以不同方式反射光，使得材料變成半透明。

Nicholas Fang 教授表示，「它就像水中魚網一樣。纖維自己編織成網，反射一定量的光。由於其中有很多水，所以很難看到纖維，薄膜呈現透明狀。一旦把水擠出來，纖維就明顯可見了，薄膜變得半透明。」

之前有研究發現，縮水微粒可以較好地擋光，但是隔熱效果不好。Nicholas Fang 研究團隊發現原因在於微粒縮水後的尺寸。之前報道的微粒收縮後，直徑約 100 納米，小於紅外光波長，這使得熱量很容易透過，並不隔熱。 研究人員擴展了微粒的分子鏈，使它們收縮後的直徑約 500 納米。

舒適度的區別

研究人員利用太陽模擬器，把光照射到窗戶上模擬照射進來的陽光。在高溫下，薄膜變成半透明（像結霜一樣）；在窗戶另一側測試，結果表明薄膜可以阻擋 70% 的熱量。

另一項實驗，研究團隊在一個小型量熱室貼滿隔熱膜，並測量室內溫度。如果沒有隔熱膜，室內溫度達到39攝氏度；如果加了隔熱膜，室內溫度在34攝氏度左右。Nicholas Fang教授表示，這在舒適度上有很大不同。

科羅拉多大學機械工程專業的助理教授 Xiaobo Yin 表示，窗戶已經成為影響建築能效的一個瓶頸。這種新型窗戶隔熱薄膜可以調節太陽光射入量，有望打破這一瓶頸。他還表示，Nicholas Fang 研究團隊工作的亮點在於所採用的材料，這大幅提升智能窗戶的適用性和可製造性。

下一步，Nicholas Fang 研究團隊計劃開展更多的測試，期望可以提升薄膜的隔熱性能。

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