據麥姆斯咨詢報道，卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員在Nature Communications期刊上介紹了一種具有獨特性能的聚合物超構材料（metamaterial）。這種材料能透射陽光，無需額外能源就能保持更舒適的室內環境，還能像荷葉一樣進行自我清潔。這項新研究成果未來有望取代建筑外墻和屋頂的玻璃部件。并且，該研究小組已在KIT校園的室外環境成功測試了這種材料。

在建筑物中最大限度地利用自然光很受歡迎，能夠有效節約能源成本。然而，傳統的玻璃屋頂和玻璃幕墻也存在眩光、缺乏私密性和過熱等問題。而涂層和光擴散材料等替代解決方案，尚無法提供全面的補救措施。

兼具多種功能的新型材料

KIT微結構技術研究所（IMT）和光技術研究所（LTI）的研究人員開發的新型聚合物超構材料，集各種特性于一身，未來有望取代建筑中的玻璃部件。

微型金字塔的尺寸約為10微米

這種基于聚合物的微光子多功能超構材料（PMMM）由硅樹脂制成的微型金字塔結構組成。這些微型金字塔的尺寸約為10微米，約為頭發絲直徑的十分之一。這種設計賦予PMMM薄膜多種功能：光擴散、自清潔和輻射冷卻，同時保持了高透明度。

“其主要特點是能夠通過地球大氣層的長波紅外傳輸窗口有效地輻射熱量。”IMT和LTI教授Bryce S. Richards解釋說：“這樣就可以在不耗電的情況下實現被動輻射冷卻。”

PMMM制備工藝

降溫、透光、無眩光

在實驗室和真實戶外條件下的露天實驗中，研究人員測試了這種材料的特性，并利用現代分光光度法測量了它的透光率、光散射、反射特性、自清潔能力和冷卻性能。

與周圍環境溫度相比，測試結果顯示，新型聚合物超構材料實現了6℃的降溫效果。此外，這種材料的光譜透射率或透明度高達95%。相比之下，玻璃的透明度通常為91%。與此同時，微金字塔結構散射了73%的入射陽光，從而實現了霧化的防窺外觀。

“當這種材料用于屋頂和外墻時，它可以為工作和生活提供明亮、無眩光且私密的室內空間。在溫室中，高透光率可以提高產量，因為其光合作用效率要比玻璃屋頂的溫室高出9%。”IMT小組負責人Gan Huang介紹說。

微型金字塔結構還賦予了PMMM薄膜超疏水特性，類似于荷葉，水易凝結成水滴，清除表面的污垢和灰塵。這種自清潔功能使材料易于維護且經久耐用。

建筑和城市發展潛力

Richards解釋說：“我們新開發的材料在很多領域都有應用潛力，有望為可持續發展和節能建筑做出重大貢獻。”

“這種材料可以同時優化室內陽光的利用，提供被動冷卻，減少對空調的依賴。該解決方案具有可擴展性，能夠無縫整合到環保建筑和城市發展計劃中。”Huang說。

論文鏈接：DOI: 10.1038/s41467-024-48150-2