导读：本文报道了第一个可以同时实现冷却和加热的材料系统，实现了在没有消耗能量的情况下，炎热天气（≈35°C）的环境温度下降约5°C，寒冷天气（≈10°C）的环境温度升高约18°C。

夏天炎热，冬天寒冷，多亏了空调，温度才能维持在人体舒适的范围，不过大家想过没有，如果建筑物能自动调节室内温度，那该是多么美好！通过夏季冷却和冬季加热来将室内温度保持在合适的范围内是现代生活的必要条件。然而，当前的有效冷却和加热方法，例如，空调和燃烧加热，不仅消耗大量的能源，也引起各种环境问题，如臭氧层破坏，温室效应和大气污染。为了减少室内采暖和制冷对环境的影响，迫切需要环保和节能的替代方案。

迄今为止，开发了在一个系统中结合自适应加热和冷却的技术，包括智能窗、Janus膜、太阳能烟囱和特隆布壁。然而，这些方法依赖于复杂的功能材料或昂贵的建筑物构造，这阻碍了它们在现有建筑物中的广泛应用。而且，这些当前可用的系统缺乏用户定义的机制来调节室内温度，与传统的基于化石燃料的系统相比，它们的效率非常低。因此，发展廉价、可调节、环境友好的策略来实现加热或冷却困扰了科学界多年。

针对上述问题，近日，电子科技大学崔家喜教授课题组报告了一种通过将太阳采暖与太阳反射和辐射冷却相结合来实现节能环保的冬季采暖和夏季降温的转换策略。这种策略基于动态多孔有机硅薄膜，该薄膜可以在用于太阳光加热的透明固体状态与用于太阳反射和辐射冷却的高度多孔状态之间交替。很容易将其涂覆在炭黑颗粒（CBP）上以获得双功能双层，其中CBP设计用于太阳能加热。

双层结构在透明状态下吸收约95％的阳光，但反射约93％的太阳辐射，并在多孔状态下允许约94％的LWIR热发射率。该双层的白天辐射冷却性能与目前可用的材料相当。这是第一个可以同时实现冷却和加热的材料系统。它可以通过简便、可扩展且环保的方法制备，而无需使用有机溶剂，并且不仅可以作为自立膜使用，还可以作为涂料涂覆在包括刚性陶瓷在内的不同基材上！相关研究工作以“Switchable Cavitation in Silicone Coatings for Energy‐Saving Cooling and Heating”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202000870

该策略基于有机硅涂层的动态空腔作用，可实现高效节能的冷却和加热，这种空腔作用可以可逆地，连续地从高度多孔的状态变为透明的固体。在多孔状态下，涂料可实现有效的太阳反射（93％）和长波红外发射（94％），从而在炎热的天气（约35°C）下引起约5°C的环境温度下降。在透明固态下，涂层允许活跃的阳光透过（95％）以诱导太阳加热，从而在寒冷的天气中将环境温度从10摄氏度提高到28摄氏度。

该材料呈现优异的调温性能，在寒冷的天气中，从上午9:00到中午12:00，环境平均温度为10°C，平均太阳强度为795Wm-2的情况下，该双层膜可达到约18°C的升高。然后，将相同的样品转换为多孔状态，以便在炎热天气中约35°C的周围空气温度下进行冷却。在上午11:00至下午12:30，入射太阳光辐射为768 Wm-2的情况下，经过处理的双层涂层引起的环境温度下降（ΔT）约为5°C。

图1.用于加热和冷却系统的可切换空腔

图2.可切换多孔薄膜材料的光学性能

图3太阳能加热和日间辐射制冷性能研究

总的来说，作者基于一种新型的可切换空腔的动态有机硅薄膜，提出了一种切换策略，以实现节能环保的冷却和加热，可以在高度多孔和透明状态之间进行精细调节。通过将这种动态有机硅与太阳能吸收性CBP结合制备成双功能涂层，证明了该双层膜可以在透明状态下吸收约95％的阳光，但多孔状态下反射约93％的太阳辐射并允许约94％的LWIR热发射。

这实现了在没有消耗能量的情况下，炎热天气（环境温度：≈35°C）的环境温度下降约5°C，寒冷天气（环境温度：≈10°C）的环境温度升高约18°C。尽管需要机械力来切换启动的多孔/透明状态，但冷却和修复本身并不消耗任何能量，这代表了冷却和加热的节能策略。而且，该涂层可以由廉价材料制成，而无需使用任何有机溶剂，这表明了零排放和环境友好的优越性。可以通过喷涂或浇铸将进行应用，包括不同比例的陶瓷基材料，并且在不同环境下均具有出色的持久性。因此，这种可切换双层涂料可作为用户定义的建筑涂料，在调节室内温度或其他许多应用中具有很大潜力！（文：嘉一）

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