美研制出高效抗阳光玻璃 可大幅降低室内温度

美国圣母大学的研究人员开发了一种新的窗户涂层，可以从任何角度阻挡阳光中的紫外线和红外线，同时又不影响玻璃的透光度。（University of Notre Dame）

炎炎夏日，强烈的阳光透过玻璃窗射入室内，是导致室内温度升高的主要热源之一。使用特殊玻璃反射阳光以达到降温目的研究这些年一直进行着，但目前市场上的相关产品都不够理想。最近，美国一所大学的研究解决了在保证透光度的情况下，最大限度地反射阳光带来的热源。

目前常见的滤光片或遮光片都是采用PML原理，即一种光谱滤波器。它由堆叠光学薄膜层组合而成，可以只让阳光中的紫外线、近红外线（NIR）或特定波长的光，被反射出去或通过薄膜层。

此外，涂抹在窗户玻璃上的涂层，大多数是针对90度角进入房间的阳光。但是一天中最热的时候通常出现在中午，而中午的太阳光线大多不以90度角进入窗户的。因此这些涂层在反射能力上会受到折损，同时使滤光的性能变差。

另外，有些玻璃为了反射太阳光会增加一些涂层，但涂层通常有颜色容易使玻璃的整体能见度降低。因此，市面上急需一款既能保持玻璃的透明度，又能反射多数角度太阳光，且能减缓光源热能的涂层，以对抗炎热的阳光。

这次，美国圣母大学（University of Notre Dame）能源研究所的研究人员在窗户的玻璃上添加了一些硅聚合物（PDMS）涂层，使玻璃窗户在不降低透明度的情况下，将阳光（热辐射）反射出去，以达到降低室内温度的效果。这项研究结果3月4日发表在《细胞报告物理科学》杂志上。

研究人员首先在二氧化硅基底上设计一款PML，里面由4种具有不同折射率的介电材料（可被电极化的绝缘体）来制造透明窗户涂层，而这4种介电材料分别为二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）、氮化硅（Si3N4）和氧化铝（Al2O3）。不同配置（堆叠方式）的PML，会产生不同的光学响应和反射效果。

他们做出的PML有许多层，每层厚度为100奈米（nm），而选择100nm是为了让PML具有良好的性能。之后，他们再将这些材料进行类似电脑二进制（0或1）的方式进行堆叠，堆叠依序是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氮化硅、氧化铝、二氧化钛。

最终他们用20层的材料作出PML后，使用电脑计算和设计出最佳的PML组合方式，以达到更广泛的反射太阳光效果。结果表明，这种PML在较宽的入射角范围内，具有优异的光谱选择性和冷却性能，与普通窗户玻璃相比，室内温度降低了5.4℃。

实验人员还进行了窗户水平放置面向天空的测试，用来模仿汽车的天窗。测试结果表明，PML的光子结构在这种情况下具有出色的冷却性能，使温度降低高达7.2°C。

另外，他们还用软体模拟和计算全美各个城市在使用这种特殊玻璃可节省多少冷冻能耗。结果显示，最多可省下97.5 MJ/m2的能源，与传统窗户的冷却能耗相比，可节省高达50.5%的能源。

圣母大学能源研究所的多里尼家族教授罗腾飞（Tengfei Luo）也是这项研究的负责人，他对该校的新闻室表示，“无论太阳在天上的位置如何，我们的涂层都能保持稳定功能和效率。”

他还说，“我们做出的玻璃与偏光太阳眼镜一样，镜面上的涂层可以减少入射光的强度。不过，与太阳眼镜不同的是，我们的涂层在不同角度依然很有效且十分清晰。”