實驗室團隊製造的PDMS/鋁膜。圖片來源：KAUST
一種由聚合物薄膜製成的低成本被動冷卻技術可用於對大都市地區的建築物進行被動冷卻，從而避免對電力的需求。
現代空調系統在白天消耗大量能源來冷卻建築物，產生大量溫室氣體，導致氣候變化。例如，空調佔美國一次能源消耗總量的 15% 左右，在沙烏地阿拉伯等極端炎熱的國家，這一比例可能高達 70%。
使用輻射冷卻來控制建築物溫度的技術，例如平面多層光子膜和混合超材料膜，由於不使用電力而吸引了相當多的關注；然而，它們的製造複雜且成本高。
這項新技術是透過美國和 KAUST 研究人員之間的合作（包括學生交流）開發的。由紐約州立大學布法羅分校的 Qiaoqiang Gan 和研究生 Lyu Zhou 領導，KAUST Boon Ooi 光子學實驗室的 Jan-Wei Liang 和同事與威斯康星大學的研究人員合作，開發了一種被動冷卻技術，由聚二甲基矽氧烷（PDMS）/鋁膜結構。
“PDMS 在地球的‘大氣視窗’範圍內表現出非常高的吸收率，而在太陽可見波長範圍內的吸收率很低，”魏建解釋說。“這些特性使其成為被動輻射冷卻的理想材料。”
透過利用這個大氣視窗之間的光譜重疊，對應於 8-13 微米之間的波長和建築物在典型環境溫度下發出的熱輻射範圍，PDMS/鋁膜可以在白天有效地為建築物降溫。
為了製造薄膜，研究人員使用刮刀塗層工藝首先在鋁板表面塗上一層 PDMS 樹脂，然後用計量刮刀控制其厚度，在約 60 攝氏度的烤箱中加熱結構兩小時來完成這個過程。
“雖然 PDMS 在太陽波長範圍內具有低吸收性，但我們發現在戶外測試時，其輻射冷卻能力受到周圍環境的顯著影響，尤其是在擁擠的城市環境中，”喬強說。
為了解決這個問題，該團隊開發了一種光譜選擇性遮蔽物，將熱輻射引向天空，並在白天將外部環境的溫度降低了 6.5 攝氏度。
PDMS/鋁膜為城市環境中的建築物降溫提供了一種低成本和更環保的解決方案，也可以大規模製造，有助於輻射冷卻技術的潛在商業化。
“我們現在正在研究薄膜的光學結構，以增強其輻射冷卻，以及其在蒸汽冷凝和水冷卻中的應用，”建偉說。
