一种由热致变色粉末实现的温度适应性辐射冷却涂层，可全年为建筑节能提供帮助

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：A temperature-adaptive radiative cooling coating enabled by thermochromic powders for all-season building energy savings

本研究提出一种新型温变自适应辐射冷却（TARC）涂层，通过四参数半量子模型（FPSQ）优化材料配比，实验测试了涂层在24°C至32°C温度范围内的热响应特性。结果显示，其红外发射率从0.89提升至0.94，太阳能反射率从0.62提升至0.76，临界温度点25°C时冷却性能最佳。对比传统被动式白天辐射冷却（PDRC）涂层，该TARC涂层在冬季仍能产生平均7.4°C超环境温度的冷却效果，日平均加热功率达43.8W/m2，全年建筑节能潜力显著优于PDRC。

　　温度适应性辐射冷却（TARC）涂层是一种新型的节能材料，旨在通过其光学性能的动态调整，以适应不同环境温度的需求，从而在建筑领域实现更高效的能量管理。这种涂层的核心设计理念是利用热致变色粉末的特性，使其在特定温度范围内能够自动切换冷却与加热模式，从而减少传统被动式日间辐射冷却（PDRC）材料在寒冷季节可能带来的额外加热负荷问题。

在当前的研究中，TARC涂层的性能通过一种称为四参数半量子（FPSQ）模型的方法进行了分析和优化。该模型能够有效预测材料在不同温度下的光学响应，包括对太阳光的反射率和对中红外波段的发射率。研究者通过实验确定了TARC涂层的最佳组成比例，并将其应用于实际测试中。实验结果显示，当TARC涂层的温度从24°C升高到32°C时，其中红外发射率从0.89提升至0.94，而太阳反射率则从0.62增加到0.76。这一变化表明，TARC涂层能够在温度变化时动态调整其光学特性，以更好地适应环境条件。

在实际应用中，TARC涂层的表现尤为突出。例如，在一个需要加热的白天，该涂层能够产生7.4°C的超环境温度，同时在夜间仍然保持辐射冷却功能，产生43.8 W/m2的加热功率。这一特性使得TARC涂层在全年范围内都能为建筑提供有效的能量调节，从而显著降低整体能耗。与传统的PDRC材料相比，TARC涂层在冷却和加热状态下的表现更为均衡，能够满足不同季节的能源需求，而不像PDRC材料那样仅在白天发挥冷却作用，导致在寒冷季节中需要额外的加热能量。

在现有研究中，TARC材料的制备方法多种多样，其中一些基于二氧化钒（VO?）的热致变色特性。VO?在温度变化时，其晶体结构会发生改变，从而影响其对光的吸收和发射能力。例如，一些研究通过在VO?中掺杂钨（W）、锡（Sn）或锆（Zr）等元素，使其在特定温度下具备良好的热致变色性能。这些材料通常被用于智能窗户，能够根据环境温度自动调节透光率，从而实现节能效果。然而，VO?基TARC材料的制备过程往往较为复杂，包括喷雾、沉积和高温退火等步骤，这些过程不仅增加了制造成本，还可能带来一定的安全风险。

相比之下，基于水凝胶的TARC材料在制备过程中更为简便，通常不需要高温处理，且能够实现更低的相变温度。水凝胶的热致变色性能主要依赖于其内部水分的吸收与释放，从而改变其光学特性。例如，一些研究通过将银纳米棒或金纳米棱柱嵌入水凝胶中，进一步增强了其对太阳光的调节能力。这类材料在某些应用场景中表现出良好的性能，如智能窗户的透光率变化可达15.7%至73.6%之间。然而，水凝胶材料在液态状态下需要密封处理，这在实际应用中可能会带来一定的限制，尤其是在需要频繁开关或长期使用的建筑环境中。

当前研究提出了一种新型的TARC涂层，其特点在于采用热致变色粉末作为核心材料，而不是传统的VO?或水凝胶。这种材料的制备过程相对简单，不需要复杂的掺杂或高温退火步骤，从而降低了制造成本和操作难度。此外，该涂层能够在接近环境温度的条件下实现相变，这意味着其工作温度范围更广，能够更好地适应不同的气候条件。与现有材料相比，这种新型TARC涂层不仅避免了液态材料可能带来的泄漏问题，还能够在多种温度条件下保持稳定的性能。

实验结果显示，该TARC涂层在白天能够有效调节室内温度，减少对空调系统的依赖，而在夜间则能够通过辐射冷却功能降低建筑能耗。这种双重功能的设计使得TARC涂层在全年范围内都能发挥积极作用，从而显著提升建筑的能效。此外，研究还指出，该涂层在实际应用中展现出良好的能量节约潜力，尤其是在炎热和寒冷交替的气候条件下。通过与传统PDRC材料的对比，研究者发现TARC涂层在减少加热负荷方面具有明显优势，能够有效平衡建筑的冷热需求。

在实际应用中，TARC涂层的性能不仅受到材料本身的影响，还与建筑结构、环境条件以及使用方式密切相关。例如，涂层的厚度、基材的选择以及周围环境的温度变化都会影响其冷却和加热效果。因此，在推广TARC涂层时，需要综合考虑这些因素，以确保其在不同场景下的适用性。此外，涂层的长期稳定性和耐久性也是重要的研究方向，特别是在高温或高湿环境下，如何保持其光学性能和结构完整性，是未来研究需要解决的关键问题。

总的来说，TARC涂层作为一种新型的节能材料，为建筑行业提供了一种更为灵活和高效的能量管理方案。通过结合热致变色粉末的特性，该涂层能够在不同温度条件下自动调节其光学性能，从而实现冷却与加热的双重功能。这种设计不仅减少了传统PDRC材料在寒冷季节可能带来的额外能耗，还降低了材料制备的复杂性和成本。未来，随着对TARC材料研究的深入，其在建筑领域的应用前景将更加广阔，有望成为实现绿色建筑和节能减排的重要工具。