斯坦福大学的科学家发明了一种新型涂料，可以使房屋和其他建筑物夏季凉爽、冬季温暖，从而显着减少能源使用、成本和温室气体排放。

空间供暖和制冷约占全球能源使用量的13%和温室气体排放量的约11%。根据今天发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究，在使用人工寒冷环境的实验中，新型涂料将用于加热的能源减少了约36%。他们在人工温暖条件下将冷却所需的能量减少了近21%。在对美国不同气候区的典型中层公寓楼进行模拟时，外墙和屋顶采用了新涂料，供暖、通风和空调总能耗在一年内下降了7.4%。

该研究的资深作者、材料科学与工程教授崔毅表示：“由于能源效率的提高，预计供暖带来的能源和排放量将继续下降，但空调的使用量正在增加，特别是在全球变暖的发展中经济体中。”SLAC国家加速器实验室的能源科学与工程以及光子科学。

“对于供暖和空调，我们必须在全球范围内减少能源和排放，以实现我们的零排放目标，”崔说，他是斯坦福杜尔可持续发展学院内普雷库特能源研究所和可持续发展加速器的负责人。“如何减少人类生活和工作空间及其周围环境之间的热交换越来越受到关注，并且需要用于增强隔热的新材料，例如用于窗户的低辐射薄膜。”

丰富多彩的解决方案

目前的低发射率涂料通常具有金属银色或灰色，其美观限制了它们的使用。新发明的涂料有两层分别涂敷：使用铝片的红外反射底层和使用无机纳米粒子的超薄红外透明上层，具有多种颜色。当太阳光的红外光谱被表面吸收时，它会导致地球自然加热的49%。

为了隔热，可以将油漆涂在外墙和屋顶上。大部分红外光穿过新涂料的颜色层，从下层反射，然后以光的形式传出，而不是被建筑材料以热量的形式吸收。为了将热量保持在内部，这些涂料被涂在内墙上，同样，下层反射红外线波，这些红外线波在空间中传递能量，并且人眼看不见。

具体来说，高达约80%的高中红外光被涂料反射，在寒冷的天气中完成了将热量保持在室内的大部分工作，在炎热的天气中完成了将热量保持在室外的大部分工作。颜色层还反射一些近红外光，增强了空调的减弱效果。研究小组测试了白色、蓝色、红色、黄色、绿色、橙色、紫色和深灰色的颜料。研究人员发现，它们在反射高中红外光方面比相同颜色的传统涂料好10倍。

不仅仅适用于建筑物

这些涂料可以应用于建筑物之外，以提高其他地方的能源效率。例如，它们可以涵盖用于冷藏运输的卡车和火车车厢，其中冷却成本可能占运输预算的一半。

该研究的共同主要作者、完成博士学位的YucanPeng说：“这两层都可以喷涂到各种形状和材料的各种表面上，在许多不同的情况下提供额外的隔热层。”2020年在斯坦福大学获得材料科学博士学位，现在是斯坦福大学Geballe先进材料实验室的博士后学者。

研究人员还评估了他们的涂料在各种情况下的实用性。这两层都是防水的，这应该增强潮湿环境中的稳定性。研究人员报告说，涂漆表面可以用湿布或水冲洗轻松清洁。此外，在高温(176华氏度)、低温(-320.5华氏度)以及高酸性和低酸性环境中连续暴露一周后，涂料的性能和美观度并未降低。这种涂料实际上略微增加了美国一些城市的空调使用量，但没有任何地点显示暖通空调总负荷有所增加。

该研究的另一位共同主要作者、化学工程教授鲍哲南指导的博士后学者赖建成说：“我们的团队将继续致力于改进实际应用的涂料配方。”“例如，水基解决方案比我们使用的有机溶剂更环保。这可以促进涂料的商业化。”

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