彩色电影可以帮助建筑物和汽车保持凉爽

随着温度飙升，空调的冷风可能是一种受欢迎的缓解措施，但“A/C”装置需要大量能量，并且可能会泄漏强效温室气体。今天，科学家们报告了一种环保替代品——一种植物基薄膜，它在阳光下会变得更凉爽，并具有多种质地和明亮的彩虹色。这种材料有朝一日可以在不需要外部电源的情况下使建筑物、汽车和其他结构保持凉爽。

研究人员将在美国化学学会(ACS)的春季会议上展示他们的研究结果。ACS2023年春季会议是一场混合会议，将于3月26日至30日以虚拟方式和现场方式举行。

“为了制造白天比周围空气更凉爽的材料，你需要一些能反射大量太阳光并且不吸收它的东西，这会将能量从光转化为热，”SilviaVignolini博士说。D.，该项目的首席研究员。“只有少数材料具有这种特性，添加彩色颜料通常会破坏它们的冷却效果，”Vignolini补充道。

被动日间辐射冷却(PDRC)是表面将自身热量散发到太空中而不被空气或大气吸收的能力。结果是，在不使用任何电力的情况下，表面会变得比周围的空气冷几度。当用于建筑物或其他结构时，促进这种效果的材料可以帮助限制空调和其他电力密集型冷却方法的使用。

目前正在开发的一些涂料和薄膜可以实现PDRC，但大多数都是白色或镜面效果，在会上介绍这项工作的沈庆辰博士说。Vignolini和Shen都在剑桥大学(英国)工作。但是，想要使用蓝色PDRC涂料的建筑业主就倒霉了——根据定义，彩色颜料会吸收特定波长的阳光，并且只会反射我们看到的颜色，从而在这个过程中造成不良的暖化效果。

但是有一种方法可以在不使用颜料的情况下获得颜色。例如，肥皂泡在其表面上显示出不同颜色的棱镜。这些颜色是由光与不同厚度的气泡膜相互作用的方式产生的，这种现象称为结构色。Vignolini的部分研究重点是确定自然界中不同类型结构颜色背后的原因。在一个案例中，她的团队发现，从植物中发现的纤维素中提取的纤维素纳米晶体(CNC)可以制成彩虹色的彩色薄膜，而无需添加任何颜料。

事实证明，纤维素也是少数可以促进PDRC的天然材料之一。Vignolini在听到第一批研发出冷却膜材料的研究人员的演讲后了解到这一点。“我想哇，这真是太神奇了，我从来没想过纤维素能做到这一点。”

在最近的工作中，Shen和Vignolini将彩色CNC材料与由乙基纤维素制成的白色材料分层，制作出彩色双层PDRC薄膜。他们制作的胶片具有鲜艳的蓝色、绿色和红色，当放置在阳光下时，这些胶片的平均温度比周围空气低近40华氏度。一平方米的薄膜产生超过120瓦的冷却功率，可与许多类型的家用空调相媲美。Shen说，这项研究最具挑战性的方面是找到一种使两层粘在一起的方法——CNC薄膜本身很脆，而乙基纤维素层必须经过等离子处理才能获得良好的粘附性。然而，结果是薄膜非常坚固，可以在标准生产线上一次制备几米。

自从制作这些第一部电影以来，研究人员一直在改进它们的美学外观。使用该小组先前探索的方法改进后的方法，他们正在制造闪闪发光且色彩缤纷的纤维素基冷却膜。沉说，他们还调整了乙基纤维素薄膜以使其具有不同的质地，例如建筑和室内设计中使用的木饰面类型之间的差异。这些变化将为人们在将PDRC效应融入他们的家庭、企业、汽车和其他结构时提供更多选择。

研究人员现在计划寻找使他们的薄膜更具功能性的方法。据Shen介绍，CNC材料可用作检测环境污染物或天气变化的传感器，如果与CNC-乙基纤维素薄膜的冷却能力相结合，这将非常有用。例如，在汽车密集的市区，建筑物立面上的钴色PDRC有朝一日可以使建筑物保持凉爽，并装有探测器，可以提醒官员注意空气中较高水平的烟雾引起的分子。