据中国激光杂志社网，于2023年07月24日报道， 炎炎夏日，车内温度爆表，如何才能降温？
近日，上海交通大学测试了一种新型光学保温斗篷——Janus，这款斗篷可以在夏季等高温条件下使大型物体保持凉爽，而在冬季等低温条件下保持温暖。Janus保温斗篷由两个组件组成，能够实现辐射冷却和保温功能，可以在电动汽车领域发挥功效，例如有效调节车内温度，节约能源消耗。研究人员表示，这项技术具有生产成本低且易于扩展的特点，有希望广泛应用在其他领域。（DOI：10.1016 / j.device.2023.100008）
保暖？降温？这是一个季节性难题
人们越来越关注如何在不消耗额外能量的情况下调节建筑物、汽车等物体的温度。根据国际能源署的数据，供暖和制冷占据建筑物能源消耗的一半，并占全球所有能源使用的五分之一。其中，辐射冷却是一种有前景的节能方法。在正常室温（约300 K）下，物体的热辐射集中在在8-13 μm波长范围内，而大气对这个波长范围的光谱有很高的透过率。因此，这项技术特别适用于晚上放置在晴朗天空下隔热良好的物体，它依赖于将热能辐射到外部的冷空间——温度仅为3 K的巨大散热器。
近年来，研究者已经展示了如何在白天的阳光下利用辐射冷却技术，通过使用纳米光子结构来控制物体的发射率，让其反射几乎所有的太阳光谱，同时仍然发射热红外光。然而，当需要全年热保温时会出现一个问题：在冬季，物体仍然会将其热量辐射到外部空间，导致它比预期的要冷。研究人员正努力寻找多种方法来解决这个问题，但这些方法都存在一些缺点。
其中一种方法是使用热致变色涂层，在温度降至一定水平以下时，将金属材料切换为绝缘体材料，可以减少热辐射，但仍未完全停止，而且需要额外加热。另一种方法是使用电致变色材料，通过电信号来切换材料状态，从而减少热辐射。但这也需要额外的能量和维护，增加了实施难度。
“双面神”Janus斗篷：可同时实现辐射冷却与光子回收
在这项工作中，上海交通大学材料科学与工程学院崔可航研究团队开发了一种保暖斗篷，该斗篷由两种具有对比功能的不同材料组成，因此得名为 “Janus”（古罗马双面神）。
这款斗篷的最外层组件是由窄二氧化硅纤维制成的“声子超织物”（图1），这些纤维涂有氮化硼薄片，并编织在一起。二氧化硅是太阳辐射的有效反射器，但不能在整个大气窗口上反射。而氮化硼的结构在六边形晶格上，能够覆盖二氧化硅以外的光谱范围，从而实现最大的辐射冷却效果。
为了完成这个斗篷，将超织物堆叠在铝合金箔的顶部。这种箔通过在整个光谱波长范围内反射来自物体的光来捕获热量，这种效应称为光子回收。因此，斗篷能够在夜间或冬季保持温暖。
覆盖电动汽车实验，斗篷可有效降低车内温度
崔可航及其同事测试了他们斗篷的性能（图2），在10月底一个阳光明媚的中午，环境温度约为27 ℃，用斗篷来覆盖一辆商用电动汽车，并对覆盖了斗篷和未覆盖的车辆内部进行了温度比较。结果显示，在覆盖了斗篷的电动汽车内测得的温度只有23 ℃，而未覆盖的车辆内部温度高达51 ℃。这表明，斗篷可有效降低车内温度。
研究小组还发现，斗篷还显著降低了汽车电池的温度。由于电池本身覆盖着阻挡光线和传导热量的材料，而覆盖有斗篷的汽车电池温度仍比没有斗篷的汽车电池低8 ℃。这有助于延长电池的寿命，并降低爆炸性热失控的风险。
更重要的是，斗篷在冬天具有相反的效果。在12月的夜间，覆盖有斗篷的车内温度比没有斗篷的车内温度高出约5 ℃，而且，覆盖斗篷的汽车电池温度仍比未覆盖车辆的电池温度高约3 ℃。
此外，研究人员还将Janus斗篷的性能与仅具备辐射冷却功能的超织物层的性能进行比较。他们发现了一个“反直觉”的结果，在一个温暖的日子里，全斗篷使车内温度比仅使用超织物低10 ℃，尽管额外层的设计是为了在冬季保温。
美国加州大学伯克利分校的Jiachen Li分析道，保温斗篷的这种效应可能是由于金属箔的双重作用。一方面，金属箔可以将物体自身的热量反射回自身，从而保持物体温暖；另一方面，它可能阻挡了辐射冷却器的发射。辐射冷却器在白天既向外部空间发射热量，又向物体本身发射热量。在白天，阻挡向下辐射发射的冷却效果可能超过了光子回收的变暖效应，导致金属箔整体上发挥保温效果。
未来前景：准备好扩大规模了吗？
崔可航及其同事认为，Janus斗篷非常适合户外甚至太空应用。他们指出，斗篷重量轻、制作材料相对廉价且丰富，而且可以扩大体积。他们选择了直径为5-8 μm的纤维，而不是较窄的纤维。此外，斗篷可以承受恶劣的环境，包括显著的加热、冷却、腐蚀和振动。
Jiachen Li指出，Janus斗篷中使用的光子回收效应与其他现有材料是兼容的，包括一些适应温度变化的材料。鉴于这种适应性材料将受益于热反射和关闭热发射，他预计它们在夜间的效果会比这种斗篷更好。当然，进一步提升斗篷性能的研究仍然有待探索。
