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光学超材料降温织物遮阳帘破解车内被动式降温难题
时间:2026-07-21 10:28:33    来源:中国纺织科技  

玻璃幕墙与新能源汽车的全景天幕在带来极佳采光与美感的同时,也带来了严重的热积累,且因Low-E玻璃的隔热特性,使热量更难散发。华中科技大学周华民、陶光明教授团队与新加坡国立大学仇成伟教授团队合作提出了一种光学超材料降温织物遮阳帘,无需任何电源,即可在烈日下为建筑或车辆带来显著的降温效果。

全球变暖和城市热岛效应不断加剧,汽车全景天窗和玻璃幕墙建筑面临严重的太阳辐射热积累问题。尤其是新能源汽车天窗,尺寸越做越大,透明度越做越高,但忽视了汽车内部的热积累。传统玻璃主要针对紫外波段进行阻隔防护,对热量来源最多的可见光波段与近红外波段视而不见;而且Low-E玻璃的低辐射特性也限制了热量向外散发,进而导致车内温度越来越高。

针对这一矛盾,研究团队提出了“光学超材料降温织物遮阳帘”的整体设计思路——通过构建“波长转换层-反射层-保护层”分级结构,实现对太阳光谱与中红外热辐射光谱的精准调控。其中,荧光颗粒能够将高能紫外光转换为可见光重新释放到环境中,减少紫外辐射带来的热负荷;高反射结构则有效阻挡太阳辐射进入车内;进一步,材料具备优异的中红外辐射能力,可持续向外太空冷源散热。

研究团队采用简单且可规模化推广的刮刀涂覆工艺,成功制备出宽度达1.2米的超材料遮阳帘,兼顾了产业化制造潜力与优异的光学性能。测试表明,该材料在太阳光波段的反射率达到94.3%,在中红外波段的发射率高达95.8%。更重要的是,荧光颗粒可将吸收的紫外光转化为可见光重新发射,荧光量子效率达到16.4%,进一步减少了热积累。综合考虑太阳辐射、大气透过率及光致发光贡献后,材料的净制冷功率达到130.13 W/m²,展现出优异的降温能力和应用价值。

此外,光学超材料降温织物遮阳帘还显示出优异的长期稳定性和耐候性。经过100次摩擦后超材料遮阳帘仍能够保持93.6%的太阳反射率,机械性能优于尼龙遮阳帘;经过168h、1.2 W/m2的紫外光照射后(参照测试标准ASTM G-154),反射率仅衰减1.85%。多项性能指标共同证明,该材料不仅具备领先的被动降温能力,还能满足实际应用对耐久性、可靠性和规模化制造的要求。

在汽车全景天窗场景的实测中,光学超材料降温织物遮阳帘表现惊艳:安装该遮阳帘后,车辆内部温度较未安装遮阳装置的车辆最高降低17.8℃,较使用商业遮阳帘的车辆降低14.4℃;驾驶座靠背和坐垫温度分别降低5.4℃和3.7℃。与此同时,材料的热导率仅为0.059 W/(m·K),约为玻璃天窗的十分之一,可有效阻隔外界热量向车内传递,形成“反射+辐射+隔热”三重降温机制。

本研究成功开发了一种兼具高效降温与优异耐用的光学超材料降温织物遮阳帘。该技术不仅通过简易、可量产的产业化工艺突破了传统的无源降温极限,更为现代高楼建筑幕墙与智能电动汽车天窗提供了一种真正低碳、无源、零能耗的创新热管理方案。随着全球变暖与城市热岛效应的加剧,这一宽光谱调控技术将在改善人居环境、推动绿色出行乃至未来深空探测等诸多广阔领域。