伯克利，加州——据估计，美国建筑中10%的能源可归因于窗户性能，每年花费建筑业主约500亿美元，然而更换窗户或用节能涂层改造窗户的高额成本是一个主要的障碍。美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的研究人员正试图用创造性化学来解决这个问题——一种聚合物热反射涂层，涂上这种涂层的成本只有原来的十分之一。

“房主不必雇佣昂贵的承包商，而是可以去当地的五金店购买涂料，然后自己动手装修。这就是我们的愿景，”伯克利实验室的科学家雷蒙德·韦特坎普说。“这种涂层将选择性地将红外太阳能反射回天空，同时允许可见光通过，这将大大提高窗户的能源效率，特别是在温暖的气候和南方气候中，其中很大一部分能源使用用于空调。”

伯克利实验室的一组科学家获得了能源部高级研究计划局能源(ARPA-E)提供的395万美元奖金的一部分，用于开发这种产品。这个多机构团队由科罗拉多大学博尔德分校的研究人员Garret Miyake领导，成员还包括加州理工学院和Materia Inc.。

现在市场上有一些具有光谱选择性的改装窗膜，但需要专业承包商来安装，这对许多建筑业主来说是一个障碍。低成本的选择可以显著地扩大采用范围，并可能每年节省350亿千瓦时的能源，每年减少240亿公斤的二氧化碳排放，相当于减少了500万辆汽车。

伯克利实验室的技术依赖于一种被称为瓶刷聚合物的材料，顾名思义，它有一个主要的刚性分子链，两侧有刚毛。这种不寻常的分子结构赋予了它一些独特的性质，其中之一是它不容易缠绕。

“想象一下意大利面和蚯蚓软糖的对比，”韦特坎普解释道。“意大利面可以打结。如果你想把煮熟的意大利面重新排列到未煮熟的位置，你必须花大量的精力来展开它。但有了橡皮糖蠕虫，你可以很容易地把它们排列起来，因为它们非常坚硬。”

作为加州理工学院的研究生，Weitekamp致力于理解和控制瓶刷聚合物如何自组装成表现为光子晶体的纳米结构，这种结构可以选择性地反射不同频率的光。去年，他作为回旋之路(Cyclotron Road)项目的一员来到伯克利实验室，这是一个面向创业研究人员的项目，旨在将这些涂层和其他相关聚合物技术商业化。他一直在分子铸造厂(分子铸造厂是美国能源部伯克利实验室科学用户设施办公室)从事高分子材料的开发工作。188金宝搏bet官网

Cyclotron Road总监Ilan Gur表示:“Weitekamp的技术对许多行业都有潜在影响，我们对此非常感兴趣。“他的想法与铸造厂在聚合物化学方面的专业知识相一致，窗口应用完全符合伯克利实验室在建筑技术和能源分析方面的现有优势。”

为了获得ARPA-E奖，Weitekamp与伯克利实验室的Steve Selkowitz合作，Steve Selkowitz是建筑科学和窗户技术的领先专家，Arman Shehabi是分析建筑能源使用的专家，他们共同开发了一款具有成本竞争力和可扩展的产品。他们的目标成本是每平方英尺1.50美元，是目前商业安装的节能改造窗户涂料市场成本的十分之一。

“ARPA-E投资高风险、高回报的项目，”谢哈比说。“这个项目的高回报并不在于绩效的提高。它改变了窗户的改造方式——这是你自己可以做的事情。市场需求非常大，目前没有低成本的产品可以满足这种需求。”

剩下的技术挑战之一是提高材料的保真度，这样在红外光被强烈反射的同时，可见光不会散射或模糊。这将使涂层反射大部分太阳能量，减少进入建筑物的热量，同时仍然看起来清晰。利用伯克利实验室尖端的窗户测试设施，Selkowitz将分析涂层的性能。

Selkowitz说:“我们有一个设备齐全的光学实验室，我们可以对任何玻璃基板上的任何涂层进行详细的光学测量，观察光学和光谱特性，这可以为化学合成过程提供反馈。”“在开发阶段，所有的光学测试都变成了化学反应的反馈回路。此外，我们可以模拟和测量热舒适性，这很重要，因为除了节能之外，刺激人们购买这种涂层的还有舒适。”

Shehabi将开发建筑模拟模型和生命周期评估模型，以了解这项技术将如何影响建筑的能源使用，以及如何最大限度地节省能源。他还将使用技术经济模型来研究诸如制造考虑因素和回收期等问题。

Weitekamp说:“当我们在实验室里做这个的时候，我们不需要使用特别划算的材料和原料，但要扩大规模，我们必须考虑技术188金宝搏bet官网经济学。”“这最初是一个探索性的合成化学项目，但在伯克利实验室有深入的窗口和应用方面的专业知识，我们认为，我们可以以更大更好的方式做这件事。”