辐射制冷材料，不耗电的降温

王玉峰

源于大自然的智慧结晶

有一种神奇的蚂蚁，能够在撒哈拉沙漠正午阳光最强烈的时候出来觅食。当沙漠表面温度高达70℃时，它们可以保证自身体温大多数时间低于热能极限——53.6℃。这得益于它们生来拥有的一种防晒盔甲，也就是它们背部和体侧的特殊毛发，该特殊结构具有辐射制冷功能。这便是撒哈拉银蚁，是世界上已知的最耐热的昆虫之一。

在晴朗无云的秋夜，经常可以在绿叶上见到晶莹剔透的露珠，它们会在朝阳初升时闪闪发光。露珠的形成原理和辐射制冷也密不可分——植物叶子的表面结构具有辐射制冷功能，故叶面温度低于环境温度，所以空气中的水汽在绿叶上凝结成了露珠。

在喜马拉雅山上生存着这样一个物种，它们的毛发颜色会随温度发生变化，在天气温暖时是一身纯白，但在天气转冷后，它们耳朵、鼻子、脚和尾巴的毛色都会变成黑色。这个物种叫作喜马拉雅兔，又叫五黑兔。产生这种神奇现象的原因是该兔毛色基因编码的酶只有在33℃以下才有活性，天气寒冷时，耳朵、鼻子等身体末端部位的温度很容易偏低，这类似于人在冬天容易手脚冰凉，所以喜马拉雅兔会通过加深毛发颜色来增加吸热以维持体温。

这些神奇的现象都是大自然的智慧结晶。物竞天择，适者生存，很多物种经过数亿年的演变进化才成为适应当下环境的幸存物种。

其实，在人类的生活中，辐射制冷也处处存在，毕竟人类作为恒温动物对温度的感知是敏感非凡的。

由此，科研工作者们纷纷设计出辐射制冷衣服、辐射制冷建材等，且在很多方面都已经有了实际应用。辐射制冷其实已在不知不觉中存在于生活中的很多方面了，市面上已经纷纷涌现出各式各样的辐射制冷产品，如辐射制冷衣服、辐射制冷涂料、辐射制冷木头、辐射制冷帐篷、辐射制冷帽子、辐射制冷口罩、辐射制冷坐垫等。

辐射制冷的代表性应用主要有两类。

一是应用于墙体、窗户或屋顶的建筑材料，目前具有代表性的辐射制冷建材產品主要有涂料、卷材、玻璃、木头等。辐射制冷建材产品的使用可以补偿空调的耗电量，虽然辐射制冷的效果还无法控制到直接将温度降至人体舒适温度区间（夏季是19-24℃，冬季是17-22℃），虽然仅有看似微弱的降温，但它所能补偿空调的几度设置温度就已经可以节约巨大的能源。据统计，如果把全国1.5亿台空调在26℃的基础上调高1℃，每年则可节电约33亿度。辐射制冷材料应用的意义之大可想而知。

另一种就是做成织物来实现个人热管理，也就是制冷衣服。针对人体热管理的辐射制冷织物，主要是设计一些柔性的纤维或者透气的薄膜（类似于布料），可以编织裁剪成日常可穿的衣服。穿上这种衣服，不但可以有效阻挡太阳晒过来的热量，还可以高效地向外散发人体热量，让人在炎炎烈日下也能拥有凉爽感。

辐射制冷行业的发展

在这里想和大家强调一下：热和冷是相对的。换句话说，就是“热也是冷，冷也是热”，二者密不可分。所以通常在研究制冷的同时，也会伴随有保温和制热方面的研究，我在这里统称为制冷。目前市面上销售辐射制冷衣服的服装品牌日渐增多，常见的品牌有优衣库、蕉下等，产品有冰丝防晒衣（既防晒又降温）等。崔屹教授曾在个人Linkedin主页发文，EEnotech公司推出了第一代限量版保温夹克，该夹克具有超薄（0.3 mm）、超轻、防风防雨、两级保暖等特点。

谈及辐射制冷建材公司，不得不先从研究辐射制冷方向的那位著名教授说起。有这样一位科学家，他是从普通农家走出来的热物理知名学者，于2014年在顶级期刊science上发表了一篇关于新型辐射制冷膜的文章，研究表明，该材料应用于建筑物外表面后，在阳光的直射下，建筑物的表面温度可降低20℃左右，内部温度可降低10℃左右。该成果一经发表便引起了国内外的广泛关注，但这位科学家并没有就此沉醉于声誉，而是积极地将该材料投入生产，将产品推向市场，切切实实地将其应用到实际生活，有效缓解了传统制冷带来的能耗问题。

他在2017年创办了首家零能耗辐射制冷技术产业化企业——宁波瑞凌新能源科技有限公司。该公司目前的核心产品有膜、涂料、金属板（瓦）、布料等，可在大型建筑、仓储物流、电力通信等户外工作场所使用。公司的市场营销范围覆盖全球五大洲，包括中东、东南亚、澳洲、美洲、欧洲等区域，聚焦大型公共建筑、粮食存储、石化存储、电力与通信设施等应用领域。实践是检验真理的唯一标准，从实验室到生产车间，从科研成果到商品货架，这位教授便是从寒门学子到科技精英的杨荣贵。

广西韬慧制冷科技有限公司也是一家专业从事制冷材料开发与应用的公司，致力于零能耗辐射制冷技术产业化的推广与普及，核心产品有膜、涂料、金属板、布料等，同样也是在大型建筑、仓储物流、电力通信等户外工作场所使用。该公司同时设计、制造、销售辐射制冷降温安全帽、车垫、伞具、帐篷等生活用品。简单列举一下例子：“降温车垫”可以有效解决烈日暴晒下车座升温发烫的问题。我们都知道，电动车或自行车的黑色坐垫吸热非常严重，夏季室外暴晒后温度能高达六七十摄氏度，这极大影响了人们的舒适感，而使用这种“降温坐垫”可以降温20℃左右，这可让人们免受高温的折磨;“降温头盔”可让人们在炎热的路程中感到凉爽舒适，有效提升人体的舒适感。

广西韬慧制冷科技有限公司与宁波瑞凌新能源科技有限公司已经达成战略伙伴关系，双方在辐射制冷领域进行了深入的技术合作与市场开发。目前已在新加坡樟宜国际机场、东京羽田国际机场、杭州萧山国际机场、深圳奥拓电子仓库、浙江省粮食局直属粮油储备库等领域开展标杆应用，降温效果显著。

与辐射制冷息息相关的材料类专业

材料类专业简单来讲就是研究材料的一个工科专业。“材料”一词乍看有些了无边际，但它又切切实实地渗透在我们生活的角角落落，可谓目之所及处皆是“材料”。材料主要分为四大类别：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。常见的金属材料主要就是汽车飞机壳体、重型机械设备、轮船大炮等;无机非金属材料主要就是陶瓷、水泥、玻璃、混凝土等建筑用料;高分子材料主要就是塑料、橡胶、合成纤维等生活常见用品;这些材料大都是相互配合使用的，正所谓合作共赢，世间万物道理皆通，材料亦如此，复合材料便是以上三者的任意组合，拥有“1+1>2”的更优性能，满足更广阔的使用需求。

基于上述复杂多样的材料，材料类下属的方向自然也非常多。材料类专业学习的内容非常广泛，很多人觉得这个专业很水，课程多而杂，学习内容宽泛又难精通，但正因如此才更需要大家沉下心去钻研。材料类专业是一个交叉型学科，对我们融会贯通的能力也提出了更高的挑战。材料类专业的学生，无论是高分子材料方向、无机非金属材料方向、金属材料方向还是复合材料方向，除了专业基础课，都还要学习四大化学、工程制图、材料力学、机械设计基础等。材料学专业包容了数学、力学、热学、机械、计算机等各个学科，旨在培养科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面的工程技术人才，总的来说，主要就是培养创新型和应用型人才。

大至飞机导弹，小到衣食住行，都和材料类专业有着不可分割的渊源。材料是国民经济的物质基础和国家科技发展水平的标志，是国家发展的基石、民生的保障。材料、能源和信息被称为现代技术的“三大支柱”，由此可见，材料的研发具有重要意义。

辐射制冷材料功能的实现主要是依靠材料种类的选择和结构的设计，最终目标是对太阳光和大气窗口进行选择性调配，从而实现对热量的调控。基于实际使用需求，大多数辐射制冷材料的基体都是具有柔性的聚合物基复合材料。

国内相关院校

西北工业大学

西北工业大学的材料学院起源于原西北工学院的热加工专业，著名材料学家师昌绪院士、李恒德院士、雷廷权院士、傅恒志院士曾就读于该专业。1957年西北工学院与西安航空学院合并组建西北工业大学后，即成立了材料热加工系。1962年扩充为材料科学与工程系，1996年建立材料科学与工程学院。

材料学院现设有3个系：材料学系、材料成型及控制工程系、复合材料系，并且拥有凝固技术国家重点实验室、超高温复合材料国防科技重点实验室、摩擦焊接技术陕西省重点实验室和3个省级工程技术研究中心。

西北工业大学的材料专业具有鲜明的国防特色，军工材料、航空航天材料、焊接材料实力比较强，重点发展方向包括：以航空发动机及卫星、导弹为主要应用背景的超高温复合材料;以电子侦察与反侦察为主要应用背景的光电信息功能材料;以航空航天技术为主要应用背景的高性能结构与功能树脂材料。学校毕业生的工作去向多是航空航天等国防企业，如成飞、西飞、沈飞、哈飞等各类飞机制造厂，以及相关研究院等。

四川大学

高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，已广泛应用于电子信息、生物医药、航空航天、汽车工业、包装、建筑等各个领域。高分子材料与工程专业就是为了适应21世纪材料科学与工程的发展而设置的厚基础、宽方向、适应性强的材料类专业。主要培养能在高分子材料的合成改性、加工成型和应用等领域从事科学研究、技术和产品开发、工艺和设备设计、材料选用、生产及经营管理等方面工作的工程应用型人才。

四川大学虽然也设有材料科学与工程学院，但这里我想要介绍的是四川大学的高分子科学与工程学院。四川大学的高分子科学与工程学院是教育部直属重点高校中第一个以高分子学科为主体的学科型学院，是在1953年6月我国高校中最早建立的高分子化合物专业（1954年更名为塑料工学专业）的基础上发展起来的。学院本科设有高分子材料与工程专业，并与材料科学与工程学院联合办有生物医学工程专业。研究生设有材料学（高分子材料）、材料加工工程（高分子材料加工工程）、生物医学工程（生物医用高分子材料及人工器官工程）、材料与化工4个学科专业，4个学科点均具有硕士、博士学位授予权，并建有博士后科研流动站。其中以高分子材料加工方向最为著名。

四川大学的高分子科学与工程学院以高分子材料和高分子材料加工工程學科为主体，科研力量雄厚，研究领域覆盖了聚合物结构与性能、合成与改性、制备与成型（工艺、设备、新技术），以及新材料的开发与应用。研究的材料种类包括：通用塑料、工程塑料、特种工程塑料、复合材料、化学纤维、精细高分子材料、功能高分子材料、油田高分子材料、天然高分子材料、医用高分子材料、组织工程材料及人工器官。研究成果在农业、建筑、航空、航天、汽车、微电子、交通运输、轻工、医疗、环保等领域得到了广泛的应用，为国民经济的建设和发展做出了积极的贡献。近五年，学院承担国家级项目和省/市级项目350多项，其中“863计划”“973计划”、国家重点研发计划、国家科技重大专项等20余项，国家自然科学基金项目150余项（其中重大/重点类项目20项），承担企业委托项目360余项，到校科研经费共3.09亿元;获得科研奖励7项，获准国家专利260余项。发表学术论文1500余篇。学院的研究基础、研究水平、人才培养等得到了国内同行的承认，并在国际上具有影响力。

中国科学院上海硅酸盐研究所

中国科学院上海硅酸盐研究所起源于1928年成立的国立中央研究院工程研究所，1953年更名为中国科学院冶金陶瓷研究所。1959年独立建所，定名为中国科学院硅酸盐化学与工学研究所，1984年改名为中国科学院上海硅酸盐研究所。经过多年的发展，中国科学院上海硅酸盐研究所现已成为集材料前沿探索、高技术创新、应用发展研究为一体的无机非金属材料科研机构，形成了“基础研究—应用研究—工程化、产业化研究”有机结合的较为完备的科研体系。

中国科学院上海硅酸盐研究所科研机构包括高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室、中国科学院特种无机涂层重点实验室、中国科学院透明光功能无机材料重点实验室（人工晶体研究中心和透明陶瓷中心）、中国科学院无机功能材料与器件重点实验室（信息功能材料与器件研究中心）、中国科学院能量转换材料重点实验室（上海无机能源材料与电源工程技术研究中心）、结构陶瓷与复合材料工程研究中心、生物材料与组织工程研究中心、古陶瓷与工业陶瓷工程研究中心（古陶瓷科学研究国家文物局重点科研基地、古陶瓷多元信息提取技术及应用文化部重点实验室）、中试基地和无机材料分析测试中心。

学科方向是先进无机材料科学与工程，主要研究领域覆盖了高性能结构陶瓷、功能陶瓷、透明陶瓷、陶瓷基复合材料、人工晶体、无机涂层、能源材料、生物材料、古陶瓷以及先进无机材料性能检测与表征等，是国内该领域科学研究单位中门类最为齐全的研究所。

材料类专业是关乎国家发展、社会民生的重要专业，开设该类专业的院校不计其数，研究内容、研究方向也极其丰富。除了上述三所院校及研究所，还有华中科技大学侧重于金属成型、模具等方向，学生毕业以后可以去华为等公司做结构设计;哈尔滨工业大学侧重于航空航天、耐高温耐低温防腐蚀方向;中南大学侧重于粉体冶金材料方向;武汉理工大学侧重于建筑材料方向，如水泥、玻璃、瓷砖等;北京科技大学、东北大学侧重于金属材料方向。

辐射制冷研究方向的学科交叉性比较强，它涉及物理、地理、化学、材料等很多专业的知识，不属于基础学科的范畴，所以本科是不设置该专业的，目前它只属于研究生专业下的一个小的研究方向，从已发表论文的水平和数量来看，国内做的相关度比较高的导师有华中科技大学的杨荣贵教授、上海交通大学的鲍华教授、南京大学的朱嘉教授等。

从不怕热的撒哈拉银蚁到辐射制冷材料，我们要时刻感恩大自然的馈赠，珍惜大自然的智慧结晶。将辐射制冷行业稳步发展起来，是我们对大自然做出的最好回馈。