有望替代玻璃的聚合物超構(gòu)材料：透光、降溫、私密還能自清潔

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的研究人員在Nature Communications期刊上介紹了一種具有獨(dú)特性能的聚合物超構(gòu)材料（metamaterial）。這種材料能透射陽(yáng)光，無(wú)需額外能源就能保持更舒適的室內(nèi)環(huán)境，還能像荷葉一樣進(jìn)行自我清潔。這項(xiàng)新研究成果未來(lái)有望取代建筑外墻和屋頂?shù)牟ＡР考?。并且，該研究小組已在KIT校園的室外環(huán)境成功測(cè)試了這種材料。

在建筑物中最大限度地利用自然光很受歡迎，能夠有效節(jié)約能源成本。然而，傳統(tǒng)的玻璃屋頂和玻璃幕墻也存在眩光、缺乏私密性和過(guò)熱等問(wèn)題。而涂層和光擴(kuò)散材料等替代解決方案，尚無(wú)法提供全面的補(bǔ)救措施。

兼具多種功能的新型材料

KIT微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所（IMT）和光技術(shù)研究所（LTI）的研究人員開(kāi)發(fā)的新型聚合物超構(gòu)材料，集各種特性于一身，未來(lái)有望取代建筑中的玻璃部件。

微型金字塔的尺寸約為10微米

這種基于聚合物的微光子多功能超構(gòu)材料（PMMM）由硅樹(shù)脂制成的微型金字塔結(jié)構(gòu)組成。這些微型金字塔的尺寸約為10微米，約為頭發(fā)絲直徑的十分之一。這種設(shè)計(jì)賦予PMMM薄膜多種功能：光擴(kuò)散、自清潔和輻射冷卻，同時(shí)保持了高透明度。

“其主要特點(diǎn)是能夠通過(guò)地球大氣層的長(zhǎng)波紅外傳輸窗口有效地輻射熱量。”IMT和LTI教授Bryce S. Richards解釋說(shuō)：“這樣就可以在不耗電的情況下實(shí)現(xiàn)被動(dòng)輻射冷卻?！?/p>

PMMM制備工藝

降溫、透光、無(wú)眩光

在實(shí)驗(yàn)室和真實(shí)戶外條件下的露天實(shí)驗(yàn)中，研究人員測(cè)試了這種材料的特性，并利用現(xiàn)代分光光度法測(cè)量了它的透光率、光散射、反射特性、自清潔能力和冷卻性能。

與周圍環(huán)境溫度相比，測(cè)試結(jié)果顯示，新型聚合物超構(gòu)材料實(shí)現(xiàn)了6℃的降溫效果。此外，這種材料的光譜透射率或透明度高達(dá)95%。相比之下，玻璃的透明度通常為91%。與此同時(shí)，微金字塔結(jié)構(gòu)散射了73%的入射陽(yáng)光，從而實(shí)現(xiàn)了霧化的防窺外觀。

“當(dāng)這種材料用于屋頂和外墻時(shí)，它可以為工作和生活提供明亮、無(wú)眩光且私密的室內(nèi)空間。在溫室中，高透光率可以提高產(chǎn)量，因?yàn)槠涔夂献饔眯室炔Ａ蓓數(shù)臏厥腋叱?%?！盜MT小組負(fù)責(zé)人Gan Huang介紹說(shuō)。

微型金字塔結(jié)構(gòu)還賦予了PMMM薄膜超疏水特性，類似于荷葉，水易凝結(jié)成水滴，清除表面的污垢和灰塵。這種自清潔功能使材料易于維護(hù)且經(jīng)久耐用。

建筑和城市發(fā)展?jié)摿?/strong>