可調光控熱的新型多孔性聚合物涂層

　　哥倫比亞工程研究機構的研究人員開發了一種多孔性聚合物涂層（PPC），該涂層具有對太陽波長的光學可切換性，以此來調節太陽光的吸收和反射，有助于建筑物對光線和熱能的調控。

　　研究團隊中的曼達爾博士偶然間注意到，當幾滴酒精濺到白色氟聚物PPC涂層上時就變得透明，該團隊從這偶然性的發現著手一項關于PPC涂層光學變換機理的研究工作。曼達爾認為，“這種機理與紙張受潮時變透明的機理類似，之前也研究過，但那種較劇烈的變化使我們產生了要研究它的興趣，并想要知道它的應用價值。”

　　調節室內溫度和光線明暗

　　曼達爾博士表示，“我們的研究結果表明，通過常見液體如酒精或水等潤濕PPC涂層，使其在太陽光和熱輻射波長范圍內具有可逆性變換透光率的性能。將這種涂層涂覆于塑料板或玻璃板表面，使建筑物具有調節室內溫度和光線明暗的功能。”

　　該研究團隊的設計樣式與智能窗戶相似，但具有更高的光學可切換性，而且使用的材料成本更低、更簡單，便于大規模開發。早先的設計思路是基于氟聚物涂層具有微納米級的微孔結構，能起到建筑物降溫作用，但涂層的降溫功能是靜態的，而對于紐約這樣的地方，夏季炎熱、冬季寒冷，早先的設計思路應升級到使涂層具有冷熱切換的動態模式，這樣才能更有實際應用意義。

　　類似于紙張這樣的多孔性材料外觀是白色的，這是因為微孔中的空氣與多孔材料具有不同的的折射率。當被水潤濕后，由于水的折射率與多孔材料更接近，散射光降低、透光增多，從而逐漸透明。隨著折射率越接近，透光率越高。研究人員發現，氟聚物與醇的折射率非常接近。

　　實驗室負責人楊博士表示，“當多孔性聚合物潤濕時，光學性能相似，此時光不再散射，而是像通過固體玻璃一樣通過聚合物，使多孔性聚合物變得透明。”

　　PPC涂層可調節建筑物日照量

　　由于醇和氟聚物的折射率非常匹配，該團隊使PPC涂層的太陽光透射率變換幅度達到74％左右。在可見光范圍內，變化幅度可達80％左右。盡管變化速度比典型的智能窗戶慢，但是透射率的變化幅度卻要高得多，這使得PPC涂層在調節建筑物的陽光方面具有吸引力。

　　研究人員還研究了如何將涂層的光切換功能應用于溫度調節。楊博士說：“在夏季，白色的屋頂可以保持建筑物的涼爽，而在冬季則變成黑色，便于吸收熱能，使建筑物提高溫度，從而顯著降低建筑物的空調和供暖成本。”

　　性能測試

　　為了驗證他們的設計，研究人員將涂覆了PPC涂層的測試板放在配有黑色屋頂的模擬房子上。其中的一個測試板是干燥且反光的，而另一個測試板是濕潤且透明的，測試板下面是黑色屋頂。在夏日正午的陽光下，白色的屋頂比周圍的空氣溫度低3?C左右，而黑色的屋頂則熱得多。

　　研究指出，涂覆PPC涂層的屋頂具有反射和透射切換功能，可用于調節建筑物的室內溫度。

　　在“冰屋”狀態與“溫室”模式之間切換

　　研究團隊還研究了熱紅外波長的變換模式，通過對具有紅外-透明變化功能的多孔性聚乙烯聚合物涂層的研究，發現了一種新的冷-熱變換模式。

　　多孔性聚乙烯聚合物涂層干燥后，會反射陽光，但會透過輻射熱能，類似于“冰屋”。將聚合物涂層潤濕，使其能夠透射陽光，而且，其中的液體能夠吸收熱輻射，抑制熱能透射，類似于“溫室”。由于這種涂層既能調節太陽光又能調節熱輻射，因此可以全天候調節熱能。

　　其他潛在應用研究

　　研究團隊還對涂層的其他潛在應用進行了研究，如熱感應偽裝涂層、氣候響應涂層等。后者適用于地中海氣候地區以及加利福尼亞沿海地區的建筑物，這些地區夏季干燥、冬季多雨，氣候響應涂層有助于建筑物的隔熱或保溫。

來源：互聯網

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