天空Sky 是一种天然的热汇，已被广泛用于家庭的被动辐射冷却。很多研究焦点，都集中在使用静态冷却优化材料特性，在炎热的白天最大限度地提高屋顶涂层的辐射冷却能力。然而，在寒冷的夜晚或冬季，由此产生的过冷加剧了供暖成本，特别是在供暖主导能源消耗的气候条件下。今日，劳伦斯伯克利国家实验，加利福尼亚大学室Junqiao Wu团队在Science上发文，报道开发了一种机械柔性涂层，使其热发射率适应不同的环境温度，从四季的角度进行热调节。制造的温度自适应辐射涂层（TARC）最佳地吸收太阳能，并自动将热发射度从环境温度低于15°C时的0.20切换到温度高于30°C时的0.90，这是利用光子放大的金属-绝缘体转变驱动的。模拟结果表明，在大多数气候条件下，尤其是在季节变化较大的气候条件下，该系统在节能方面优于现有的屋顶涂料。

全季节家用热调节的温度自适应辐射涂层

图1.温度自适应辐射涂层TARC及其对家庭热调节的益处。

图2.TARC的基本性质与实验表征。

金属通常是电和热的良导体。2017年，该研究团队发现，二氧化钒中的电子对电的行为就像金属，对热的行为像绝缘体，换句话说，它们导电良好，但不导热。低于67℃的二氧化钒对热红外光也是透明的，因此不吸收热红外光。但一旦二氧化钒达到67℃，它就会转变为金属状态，开始吸收热红外光。在这种情况下，从绝缘体切换到金属正是我们所熟知的相变材料的特征。

图3.低温真空室中TARC固有辐射冷却功率的表征。

研究还表明，只用钨取代二氧化钒中仅1.5%的钒（一种被称为“掺杂”的技术），可以将材料的相变阈值降低到25℃，这是实际应用的理想温度。为了解二氧化钒在屋面系统中的表现，研究人员设计了一个2厘米乘2厘米的TARC薄膜装置，它由三层构成：由银制成的反射底层，由氟化钡组成的透明中间层，以及包含有序块状二氧化钒“岛”的顶层。

图4.TARC在室外环境中的表征

被动辐射冷却技术Passive radiative cooling technology ，利用红外大气窗口，使外层空间成为热量的冷源。然而，这种效应只在温暖的月份对节能有帮助。在钨掺杂的二氧化钒中，使用金属-绝缘体转变，来制造窗户玻璃和屋顶涂层，通过在较低温度下关闭辐射冷却来绕过这个问题。因为转变仅仅依赖于温度，所以这种效应也是被动发生的。模型模拟表明，这些材料将使大部分气候区全年节约能源。

温度自适应辐射涂层TARC还可能作为一种热保护层来延长智能手机和笔记本电脑的电池寿命，并保护卫星和汽车免受极高或极低温度的影响。它还可以用来制作帐篷、温室覆盖物，甚至帽子和夹克的调温面料。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf7136

DOI: 10.1126/science.abf7136

本文译自Nature。部分译文参考了科技日报，一并感谢。