加州，伯克利——科学家们已经开发出一种一年四季都能让家里冬暖夏凉的智能屋顶涂层，而不需要消耗天然气或电力。研究结果发表在杂志上科学指向一个开创性的技术，以节能的节能商业酷屋顶系统优于商业酷屋顶系统。

“我们的全季屋顶涂层自动切换，使您保持冷却至温暖，具体取决于室外空气温度。这是一家设备的无能量，无排放空调和加热，“伯克利实验室材料科学研究院的教师科学家朱桥吴说，一位高UC Berkeley材料科学与工程教授，他们领导了这项研究。188金宝搏bet官网

今天的冷屋顶系统，如反射涂层、薄膜、木瓦或瓦片，具有浅色或深色的“冷色”表面，通过反射阳光为房屋降温。这些系统还将吸收的部分太阳热量以热红外辐射的形式释放出来;在这个被称为辐射冷却的自然过程中，热红外光从地表辐射出去。

吴解释说，目前市场上许多冷屋顶系统的问题是，它们在冬季会继续散热，从而推高了供暖成本。他说:“我们的新材料——称为温度适应辐射涂层(TARC)——可以通过在冬天自动关闭辐射冷却来实现节能，克服过冷的问题。”

金属通常是电力和热量的好导体。2017年，吴和他的研究团队发现，二氧化钒中的电子表现为金属，但绝缘体加热 - 换句话说，它们在不进行大量的情况下进行电力。“这种行为与大多数其他金属形成鲜明对比，其中电子对比成比例地进行热量和电力，”Wu解释说。

二氧化钒低于约67°C（153.°F)对热红外光也是透明的(因此不吸收)。但是一旦二氧化钒达到67°C，它切换到金属状态，变得吸收热红外光。这种能力从一个相到另一个相位 - 在这种情况下，从绝缘体到金属 - 是所谓的相变材料的特征。

为了观察二氧化钒在屋顶系统中的表现，吴和他的团队设计了一个2厘米× 2厘米的TARC薄膜装置。TARC“看起来像透明胶带，可以贴在像屋顶一样的固体表面上，”吴说。

在一项关键的实验中，去年夏天，联合首席作者柯超唐(音译)在吴的东湾家中做了一个屋顶实验，以证明这项技术在现实世界环境中的可行性。在Wu的阳台上安装了一个无线测量装置，该装置连续记录了TARC样本、商用深色屋顶样本和商用白色屋顶样本在阳光直射和室外温度下的变化。然后，研究人员使用来自实验的数据来模拟TARC在代表美国大陆15个不同气候区的城市中全年的表现。

吴招募了Ronnen Levinson来帮助改进屋顶表面温度模型。Ronnen Levinson是这项研究的合著者，也是伯克利实验室能源技术领域热岛小组的工作人员和领导。莱文森开发了一种估算TARC节能的方法，该方法来自热岛集团(Heat Island Group)之前为评估美国各地冷屋顶和冷墙的好处而进行的一套超过10万套的建筑能源模拟。Finnegan Reichertz是奥克兰东湾创新学院的一名12年级学生，去年他曾在暑期为Wu做过远程实习，这有助于模拟TARC和其他屋顶材料在一年中的特定时间和特定日子对研究人员为论文研究的15个城市188金宝搏bet官网或气候区域的表现。

研究人员发现，TARC优于15个气候区中的​​12个气候节能的现有屋顶涂层，特别是在白天和夜间温度变化的地区，如旧金山湾区，或冬季和夏季，如纽约之间城市。“通过安装了Tarc，美国的平均家庭可以节省高达10％的电力，”唐说，在研究时是WU实验室的博士后研究员。他现在是中国北京北京大学助理教授。

即使在凉爽的天气中，标准冷却屋顶具有高的太阳能反射率和高热发射率（通过发出热红外辐射释放热量）。根据研究人员的测量，TARC全年反映了大约75％的阳光，但当环境温度温暖时，其热膨胀率高（约90％）（超过25°C或77.°F)，促进热量流失到天空。莱文森说，在较冷的天气，TARC的热发射自动切换到较低，有助于保留来自太阳能吸收和室内加热的热量。

在伯克利实验室分子铸造实验室使用先进工具进行红外光谱实验的结果验证了模拟结果。Wu说:“简单的物理原理预测了TARC会起作用，但我们很惊讶它能如此有效。”“我们最初认为从变暖到变冷的转变不会这么戏剧性。我们的模拟实验、户外实验和实验室实验证明并非如此——这真的令人兴奋。”

研究人员计划在更大的规模上开发Tarc原型，以进一步测试其作为实用屋顶涂层的性能。吴说，妥协也可能具有智能防护涂料，以延长智能手机和笔记本电脑的电池寿命，以及来自极高或低温的屏蔽卫星和汽车。它还可用于为帐篷，温室覆盖物和甚至帽子和夹克进行温度调节织物。