輻射制冷材料，不耗電的降溫

王玉峰

源于大自然的智慧結(jié)晶

有一種神奇的螞蟻，能夠在撒哈拉沙漠正午陽光最強烈的時候出來覓食。當(dāng)沙漠表面溫度高達70℃時，它們可以保證自身體溫大多數(shù)時間低于熱能極限——53.6℃。這得益于它們生來擁有的一種防曬盔甲，也就是它們背部和體側(cè)的特殊毛發(fā)，該特殊結(jié)構(gòu)具有輻射制冷功能。這便是撒哈拉銀蟻，是世界上已知的最耐熱的昆蟲之一。

在晴朗無云的秋夜，經(jīng)?？梢栽诰G葉上見到晶瑩剔透的露珠，它們會在朝陽初升時閃閃發(fā)光。露珠的形成原理和輻射制冷也密不可分——植物葉子的表面結(jié)構(gòu)具有輻射制冷功能，故葉面溫度低于環(huán)境溫度，所以空氣中的水汽在綠葉上凝結(jié)成了露珠。

在喜馬拉雅山上生存著這樣一個物種，它們的毛發(fā)顏色會隨溫度發(fā)生變化，在天氣溫暖時是一身純白，但在天氣轉(zhuǎn)冷后，它們耳朵、鼻子、腳和尾巴的毛色都會變成黑色。這個物種叫作喜馬拉雅兔，又叫五黑兔。產(chǎn)生這種神奇現(xiàn)象的原因是該兔毛色基因編碼的酶只有在33℃以下才有活性，天氣寒冷時，耳朵、鼻子等身體末端部位的溫度很容易偏低，這類似于人在冬天容易手腳冰涼，所以喜馬拉雅兔會通過加深毛發(fā)顏色來增加吸熱以維持體溫。

這些神奇的現(xiàn)象都是大自然的智慧結(jié)晶。物競天擇，適者生存，很多物種經(jīng)過數(shù)億年的演變進化才成為適應(yīng)當(dāng)下環(huán)境的幸存物種。

其實，在人類的生活中，輻射制冷也處處存在，畢竟人類作為恒溫動物對溫度的感知是敏感非凡的。

由此，科研工作者們紛紛設(shè)計出輻射制冷衣服、輻射制冷建材等，且在很多方面都已經(jīng)有了實際應(yīng)用。輻射制冷其實已在不知不覺中存在于生活中的很多方面了，市面上已經(jīng)紛紛涌現(xiàn)出各式各樣的輻射制冷產(chǎn)品，如輻射制冷衣服、輻射制冷涂料、輻射制冷木頭、輻射制冷帳篷、輻射制冷帽子、輻射制冷口罩、輻射制冷坐墊等。

輻射制冷的代表性應(yīng)用主要有兩類。

一是應(yīng)用于墻體、窗戶或屋頂?shù)慕ㄖ牧?，目前具有代表性的輻射制冷建材產(chǎn)品主要有涂料、卷材、玻璃、木頭等。輻射制冷建材產(chǎn)品的使用可以補償空調(diào)的耗電量，雖然輻射制冷的效果還無法控制到直接將溫度降至人體舒適溫度區(qū)間（夏季是19-24℃，冬季是17-22℃），雖然僅有看似微弱的降溫，但它所能補償空調(diào)的幾度設(shè)置溫度就已經(jīng)可以節(jié)約巨大的能源。據(jù)統(tǒng)計，如果把全國1.5億臺空調(diào)在26℃的基礎(chǔ)上調(diào)高1℃，每年則可節(jié)電約33億度。輻射制冷材料應(yīng)用的意義之大可想而知。

另一種就是做成織物來實現(xiàn)個人熱管理，也就是制冷衣服。針對人體熱管理的輻射制冷織物，主要是設(shè)計一些柔性的纖維或者透氣的薄膜（類似于布料），可以編織裁剪成日?？纱┑囊路?。穿上這種衣服，不但可以有效阻擋太陽曬過來的熱量，還可以高效地向外散發(fā)人體熱量，讓人在炎炎烈日下也能擁有涼爽感。

輻射制冷行業(yè)的發(fā)展

在這里想和大家強調(diào)一下：熱和冷是相對的。換句話說，就是“熱也是冷，冷也是熱”，二者密不可分。所以通常在研究制冷的同時，也會伴隨有保溫和制熱方面的研究，我在這里統(tǒng)稱為制冷。目前市面上銷售輻射制冷衣服的服裝品牌日漸增多，常見的品牌有優(yōu)衣庫、蕉下等，產(chǎn)品有冰絲防曬衣（既防曬又降溫）等。崔屹教授曾在個人Linkedin主頁發(fā)文，EEnotech公司推出了第一代限量版保溫夾克，該夾克具有超?。?.3 mm）、超輕、防風(fēng)防雨、兩級保暖等特點。

談及輻射制冷建材公司，不得不先從研究輻射制冷方向的那位著名教授說起。有這樣一位科學(xué)家，他是從普通農(nóng)家走出來的熱物理知名學(xué)者，于2014年在頂級期刊science上發(fā)表了一篇關(guān)于新型輻射制冷膜的文章，研究表明，該材料應(yīng)用于建筑物外表面后，在陽光的直射下，建筑物的表面溫度可降低20℃左右，內(nèi)部溫度可降低10℃左右。該成果一經(jīng)發(fā)表便引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但這位科學(xué)家并沒有就此沉醉于聲譽，而是積極地將該材料投入生產(chǎn)，將產(chǎn)品推向市場，切切實實地將其應(yīng)用到實際生活，有效緩解了傳統(tǒng)制冷帶來的能耗問題。

他在2017年創(chuàng)辦了首家零能耗輻射制冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化企業(yè)——寧波瑞凌新能源科技有限公司。該公司目前的核心產(chǎn)品有膜、涂料、金屬板（瓦）、布料等，可在大型建筑、倉儲物流、電力通信等戶外工作場所使用。公司的市場營銷范圍覆蓋全球五大洲，包括中東、東南亞、澳洲、美洲、歐洲等區(qū)域，聚焦大型公共建筑、糧食存儲、石化存儲、電力與通信設(shè)施等應(yīng)用領(lǐng)域。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，從實驗室到生產(chǎn)車間，從科研成果到商品貨架，這位教授便是從寒門學(xué)子到科技精英的楊榮貴。

廣西韜慧制冷科技有限公司也是一家專業(yè)從事制冷材料開發(fā)與應(yīng)用的公司，致力于零能耗輻射制冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的推廣與普及，核心產(chǎn)品有膜、涂料、金屬板、布料等，同樣也是在大型建筑、倉儲物流、電力通信等戶外工作場所使用。該公司同時設(shè)計、制造、銷售輻射制冷降溫安全帽、車墊、傘具、帳篷等生活用品。簡單列舉一下例子：“降溫車墊”可以有效解決烈日暴曬下車座升溫發(fā)燙的問題。我們都知道，電動車或自行車的黑色坐墊吸熱非常嚴(yán)重，夏季室外暴曬后溫度能高達六七十?dāng)z氏度，這極大影響了人們的舒適感，而使用這種“降溫坐墊”可以降溫20℃左右，這可讓人們免受高溫的折磨;“降溫頭盔”可讓人們在炎熱的路程中感到?jīng)鏊孢m，有效提升人體的舒適感。

廣西韜慧制冷科技有限公司與寧波瑞凌新能源科技有限公司已經(jīng)達成戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，雙方在輻射制冷領(lǐng)域進行了深入的技術(shù)合作與市場開發(fā)。目前已在新加坡樟宜國際機場、東京羽田國際機場、杭州蕭山國際機場、深圳奧拓電子倉庫、浙江省糧食局直屬糧油儲備庫等領(lǐng)域開展標(biāo)桿應(yīng)用，降溫效果顯著。

與輻射制冷息息相關(guān)的材料類專業(yè)

材料類專業(yè)簡單來講就是研究材料的一個工科專業(yè)?！安牧稀币辉~乍看有些了無邊際，但它又切切實實地滲透在我們生活的角角落落，可謂目之所及處皆是“材料”。材料主要分為四大類別：金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料。常見的金屬材料主要就是汽車飛機殼體、重型機械設(shè)備、輪船大炮等;無機非金屬材料主要就是陶瓷、水泥、玻璃、混凝土等建筑用料;高分子材料主要就是塑料、橡膠、合成纖維等生活常見用品;這些材料大都是相互配合使用的，正所謂合作共贏，世間萬物道理皆通，材料亦如此，復(fù)合材料便是以上三者的任意組合，擁有“1+1>2”的更優(yōu)性能，滿足更廣闊的使用需求。

基于上述復(fù)雜多樣的材料，材料類下屬的方向自然也非常多。材料類專業(yè)學(xué)習(xí)的內(nèi)容非常廣泛，很多人覺得這個專業(yè)很水，課程多而雜，學(xué)習(xí)內(nèi)容寬泛又難精通，但正因如此才更需要大家沉下心去鉆研。材料類專業(yè)是一個交叉型學(xué)科，對我們?nèi)跁炌ǖ哪芰σ蔡岢隽烁叩奶魬?zhàn)。材料類專業(yè)的學(xué)生，無論是高分子材料方向、無機非金屬材料方向、金屬材料方向還是復(fù)合材料方向，除了專業(yè)基礎(chǔ)課，都還要學(xué)習(xí)四大化學(xué)、工程制圖、材料力學(xué)、機械設(shè)計基礎(chǔ)等。材料學(xué)專業(yè)包容了數(shù)學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、機械、計算機等各個學(xué)科，旨在培養(yǎng)科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面的工程技術(shù)人才，總的來說，主要就是培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。

大至飛機導(dǎo)彈，小到衣食住行，都和材料類專業(yè)有著不可分割的淵源。材料是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)和國家科技發(fā)展水平的標(biāo)志，是國家發(fā)展的基石、民生的保障。材料、能源和信息被稱為現(xiàn)代技術(shù)的“三大支柱”，由此可見，材料的研發(fā)具有重要意義。

輻射制冷材料功能的實現(xiàn)主要是依靠材料種類的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，最終目標(biāo)是對太陽光和大氣窗口進行選擇性調(diào)配，從而實現(xiàn)對熱量的調(diào)控?；趯嶋H使用需求，大多數(shù)輻射制冷材料的基體都是具有柔性的聚合物基復(fù)合材料。

國內(nèi)相關(guān)院校

西北工業(yè)大學(xué)

西北工業(yè)大學(xué)的材料學(xué)院起源于原西北工學(xué)院的熱加工專業(yè)，著名材料學(xué)家?guī)煵w院士、李恒德院士、雷廷權(quán)院士、傅恒志院士曾就讀于該專業(yè)。1957年西北工學(xué)院與西安航空學(xué)院合并組建西北工業(yè)大學(xué)后，即成立了材料熱加工系。1962年擴充為材料科學(xué)與工程系，1996年建立材料科學(xué)與工程學(xué)院。

材料學(xué)院現(xiàn)設(shè)有3個系：材料學(xué)系、材料成型及控制工程系、復(fù)合材料系，并且擁有凝固技術(shù)國家重點實驗室、超高溫復(fù)合材料國防科技重點實驗室、摩擦焊接技術(shù)陜西省重點實驗室和3個省級工程技術(shù)研究中心。

西北工業(yè)大學(xué)的材料專業(yè)具有鮮明的國防特色，軍工材料、航空航天材料、焊接材料實力比較強，重點發(fā)展方向包括：以航空發(fā)動機及衛(wèi)星、導(dǎo)彈為主要應(yīng)用背景的超高溫復(fù)合材料;以電子偵察與反偵察為主要應(yīng)用背景的光電信息功能材料;以航空航天技術(shù)為主要應(yīng)用背景的高性能結(jié)構(gòu)與功能樹脂材料。學(xué)校畢業(yè)生的工作去向多是航空航天等國防企業(yè)，如成飛、西飛、沈飛、哈飛等各類飛機制造廠，以及相關(guān)研究院等。

四川大學(xué)

高分子材料是當(dāng)今世界發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)之一，已廣泛應(yīng)用于電子信息、生物醫(yī)藥、航空航天、汽車工業(yè)、包裝、建筑等各個領(lǐng)域。高分子材料與工程專業(yè)就是為了適應(yīng)21世紀(jì)材料科學(xué)與工程的發(fā)展而設(shè)置的厚基礎(chǔ)、寬方向、適應(yīng)性強的材料類專業(yè)。主要培養(yǎng)能在高分子材料的合成改性、加工成型和應(yīng)用等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計、材料選用、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的工程應(yīng)用型人才。

四川大學(xué)雖然也設(shè)有材料科學(xué)與工程學(xué)院，但這里我想要介紹的是四川大學(xué)的高分子科學(xué)與工程學(xué)院。四川大學(xué)的高分子科學(xué)與工程學(xué)院是教育部直屬重點高校中第一個以高分子學(xué)科為主體的學(xué)科型學(xué)院，是在1953年6月我國高校中最早建立的高分子化合物專業(yè)（1954年更名為塑料工學(xué)專業(yè)）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。學(xué)院本科設(shè)有高分子材料與工程專業(yè)，并與材料科學(xué)與工程學(xué)院聯(lián)合辦有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)。研究生設(shè)有材料學(xué)（高分子材料）、材料加工工程（高分子材料加工工程）、生物醫(yī)學(xué)工程（生物醫(yī)用高分子材料及人工器官工程）、材料與化工4個學(xué)科專業(yè)，4個學(xué)科點均具有碩士、博士學(xué)位授予權(quán)，并建有博士后科研流動站。其中以高分子材料加工方向最為著名。

四川大學(xué)的高分子科學(xué)與工程學(xué)院以高分子材料和高分子材料加工工程學(xué)科為主體，科研力量雄厚，研究領(lǐng)域覆蓋了聚合物結(jié)構(gòu)與性能、合成與改性、制備與成型（工藝、設(shè)備、新技術(shù)），以及新材料的開發(fā)與應(yīng)用。研究的材料種類包括：通用塑料、工程塑料、特種工程塑料、復(fù)合材料、化學(xué)纖維、精細(xì)高分子材料、功能高分子材料、油田高分子材料、天然高分子材料、醫(yī)用高分子材料、組織工程材料及人工器官。研究成果在農(nóng)業(yè)、建筑、航空、航天、汽車、微電子、交通運輸、輕工、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為國民經(jīng)濟的建設(shè)和發(fā)展做出了積極的貢獻。近五年，學(xué)院承擔(dān)國家級項目和省/市級項目350多項，其中“863計劃”“973計劃”、國家重點研發(fā)計劃、國家科技重大專項等20余項，國家自然科學(xué)基金項目150余項（其中重大/重點類項目20項），承擔(dān)企業(yè)委托項目360余項，到校科研經(jīng)費共3.09億元;獲得科研獎勵7項，獲準(zhǔn)國家專利260余項。發(fā)表學(xué)術(shù)論文1500余篇。學(xué)院的研究基礎(chǔ)、研究水平、人才培養(yǎng)等得到了國內(nèi)同行的承認(rèn)，并在國際上具有影響力。

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所起源于1928年成立的國立中央研究院工程研究所，1953年更名為中國科學(xué)院冶金陶瓷研究所。1959年獨立建所，定名為中國科學(xué)院硅酸鹽化學(xué)與工學(xué)研究所，1984年改名為中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所現(xiàn)已成為集材料前沿探索、高技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用發(fā)展研究為一體的無機非金屬材料科研機構(gòu)，形成了“基礎(chǔ)研究—應(yīng)用研究—工程化、產(chǎn)業(yè)化研究”有機結(jié)合的較為完備的科研體系。

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所科研機構(gòu)包括高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國家重點實驗室、中國科學(xué)院特種無機涂層重點實驗室、中國科學(xué)院透明光功能無機材料重點實驗室（人工晶體研究中心和透明陶瓷中心）、中國科學(xué)院無機功能材料與器件重點實驗室（信息功能材料與器件研究中心）、中國科學(xué)院能量轉(zhuǎn)換材料重點實驗室（上海無機能源材料與電源工程技術(shù)研究中心）、結(jié)構(gòu)陶瓷與復(fù)合材料工程研究中心、生物材料與組織工程研究中心、古陶瓷與工業(yè)陶瓷工程研究中心（古陶瓷科學(xué)研究國家文物局重點科研基地、古陶瓷多元信息提取技術(shù)及應(yīng)用文化部重點實驗室）、中試基地和無機材料分析測試中心。

學(xué)科方向是先進無機材料科學(xué)與工程，主要研究領(lǐng)域覆蓋了高性能結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、透明陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料、人工晶體、無機涂層、能源材料、生物材料、古陶瓷以及先進無機材料性能檢測與表征等，是國內(nèi)該領(lǐng)域科學(xué)研究單位中門類最為齊全的研究所。

材料類專業(yè)是關(guān)乎國家發(fā)展、社會民生的重要專業(yè)，開設(shè)該類專業(yè)的院校不計其數(shù)，研究內(nèi)容、研究方向也極其豐富。除了上述三所院校及研究所，還有華中科技大學(xué)側(cè)重于金屬成型、模具等方向，學(xué)生畢業(yè)以后可以去華為等公司做結(jié)構(gòu)設(shè)計;哈爾濱工業(yè)大學(xué)側(cè)重于航空航天、耐高溫耐低溫防腐蝕方向;中南大學(xué)側(cè)重于粉體冶金材料方向;武漢理工大學(xué)側(cè)重于建筑材料方向，如水泥、玻璃、瓷磚等;北京科技大學(xué)、東北大學(xué)側(cè)重于金屬材料方向。

輻射制冷研究方向的學(xué)科交叉性比較強，它涉及物理、地理、化學(xué)、材料等很多專業(yè)的知識，不屬于基礎(chǔ)學(xué)科的范疇，所以本科是不設(shè)置該專業(yè)的，目前它只屬于研究生專業(yè)下的一個小的研究方向，從已發(fā)表論文的水平和數(shù)量來看，國內(nèi)做的相關(guān)度比較高的導(dǎo)師有華中科技大學(xué)的楊榮貴教授、上海交通大學(xué)的鮑華教授、南京大學(xué)的朱嘉教授等。

從不怕熱的撒哈拉銀蟻到輻射制冷材料，我們要時刻感恩大自然的饋贈，珍惜大自然的智慧結(jié)晶。將輻射制冷行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展起來，是我們對大自然做出的最好回饋。