创新背景

随着全球气候变化的加剧，对于降低温室气体排放的需求日益增长，而建筑物的加热和冷却是主要的能源消耗来源，也是温室气体排放的重要来源。

据统计，空间加热和冷却占全球能源使用的约13%，并贡献了约11%的温室气体排放，在发展中经济体中，尤其在逐渐变暖的世界中，空调使用正呈上升趋势，而这增加了对能源的需求和温室气体的排放，此外，由于能效的提高，预计加热的能源和排放将继续下降，但空调的需求和使用仍然在增长。

为应对这一挑战，如何减少人类居住和工作空间与其周围环境之间的热交换成为了关注焦点，市场上有需求寻找增强绝热的新材料，比如低发射率窗膜。

此外，现有的低发射率涂料通常呈金属银或灰色，这在美观上限制了它们的使用，太阳光的红外光谱在被表面吸收时，会导致地球的大约49%的自然加热，因此开发一种能够反射红外光线的涂料是减少建筑物内部的加热和冷却需求的关键。

创新过程

该研究团队首先研发了一种新型的涂料，该涂料由两层分别涂抹的涂层组成：底层为反射红外线的铝片制成，上层则是一种薄而透明于红外线的无机纳米颗粒制成，并可以呈现出多种颜色，这种设计目的是为了使太阳光的红外光谱，即自然加热地球的主要原因，能够被反射而不是被吸收。

为了测试这种新涂料的性能，研究团队首先在人造冷环境中进行了实验，结果显示这种新涂料能够减少约36%的加热能源消耗，随后，在人造的温暖环境中进行了测试，发现新涂料减少了近21%的冷却能源需求。

此外，为了更全面地评估新涂料的性能，研究团队模拟了一个典型的中高层公寓大楼，并考虑了美国不同的气候带，在这些模拟中，使用新涂料涂抹外墙和屋顶，结果显示一年内的整体供暖、通风和空调能源使用量下降了7.4%。

除了实验室实验和模拟测试，研究团队还评估了涂料在各种实际应用情况下的实用性，为此，他们对涂料进行了多种环境测试，包括高温、低温、高酸和低酸环境，并观察涂料的性能和外观是否会受到影响。

最后，为了扩展涂料的应用范围，研究者还探索了涂料在其他场合的潜在应用，例如冷藏运输的卡车和火车车厢，以及其他形状和材料的多种表面。

创新价值

能源消耗的减少：根据研究，新涂料可以在夏季保持建筑物的冷却，而在冬季则可以维持其温暖，这意味着可以显著减少冷暖气的使用，考虑到空间加热和冷却占全球能源消耗的大约13%，这种涂料有望带来全球范围内的大量能源节省。

温室气体排放的减少：由于新涂料可以减少建筑物的能源需求，这意味着能减少与能源生产和消耗相关的温室气体排放，考虑到空间加热和冷却导致的温室气体排放占到了全球的11%，这种涂料在减缓全球气候变化方面可能发挥重要作用。

经济效益：能源的节省不仅意味着环境效益，还意味着经济效益，无论是家庭还是商业机构，减少能源消耗都会带来显著的经济节省。

创新的技术应用：这种新涂料采用了两层设计，使用了红外反射的铝片和红外透明的无机纳米颗粒，这种技术的应用为涂料行业和材料科学带来了新的创新方向。

多样化的应用领域：除了传统的建筑应用，这种新涂料还可以应用于冷藏运输的车辆和火车车厢，进一步扩展了其潜在的应用领域，从而带来更广泛的社会和经济效益。

推动环境友好技术的发展：在全球面临气候变化的挑战时，开发和应用这种环境友好的技术是非常重要的，这种涂料的研究和推广不仅为解决当前的环境问题提供了工具，还为未来的可持续技术发展树立了典范。

创新关键点

斯坦福大学的科学家们发明了一种新型涂料，能够在夏天保持建筑物的冷却，而在冬天使其保暖，这种涂料的设计包括两个独特的层：一个红外反射的底层，使用了铝片；和一个红外透明的上层，使用了无机纳米颗粒，能够提供多种颜色选择。实验显示，这种涂料在人造冷环境中可以减少约36%的加热能源需求，在人造热环境中减少近21%的冷却能源需求，在模拟了涂有新涂料的美国不同气候区域的中层公寓建筑后，发现一年中的总体暖通空调能源使用量下降了7.4%。