王玉峰

源于大自然的智慧結晶

有一種神奇的螞蟻，能夠在撒哈拉沙漠正午陽光最強烈的時候出來覓食。當沙漠表面溫度高達70℃時，它們可以保證自身體溫大多數(shù)時間低于熱能極限——53.6℃。這得益于它們生來擁有的一種防曬盔甲，也就是它們背部和體側的特殊毛發(fā)，該特殊結構具有輻射制冷功能。這便是撒哈拉銀蟻，是世界上已知的最耐熱的昆蟲之一。

在晴朗無云的秋夜，經(jīng)?？梢栽诰G葉上見到晶瑩剔透的露珠，它們會在朝陽初升時閃閃發(fā)光。露珠的形成原理和輻射制冷也密不可分——植物葉子的表面結構具有輻射制冷功能，故葉面溫度低于環(huán)境溫度，所以空氣中的水汽在綠葉上凝結成了露珠。

在喜馬拉雅山上生存著這樣一個物種，它們的毛發(fā)顏色會隨溫度發(fā)生變化，在天氣溫暖時是一身純白，但在天氣轉冷后，它們耳朵、鼻子、腳和尾巴的毛色都會變成黑色。這個物種叫作喜馬拉雅兔，又叫五黑兔。產生這種神奇現(xiàn)象的原因是該兔毛色基因編碼的酶只有在33℃以下才有活性，天氣寒冷時，耳朵、鼻子等身體末端部位的溫度很容易偏低，這類似于人在冬天容易手腳冰涼，所以喜馬拉雅兔會通過加深毛發(fā)顏色來增加吸熱以維持體溫。

這些神奇的現(xiàn)象都是大自然的智慧結晶。物競天擇，適者生存，很多物種經(jīng)過數(shù)億年的演變進化才成為適應當下環(huán)境的幸存物種。

其實，在人類的生活中，輻射制冷也處處存在，畢竟人類作為恒溫動物對溫度的感知是敏感非凡的。

由此，科研工作者們紛紛設計出輻射制冷衣服、輻射制冷建材等，且在很多方面都已經(jīng)有了實際應用。輻射制冷其實已在不知不覺中存在于生活中的很多方面了，市面上已經(jīng)紛紛涌現(xiàn)出各式各樣的輻射制冷產品，如輻射制冷衣服、輻射制冷涂料、輻射制冷木頭、輻射制冷帳篷、輻射制冷帽子、輻射制冷口罩、輻射制冷坐墊等。

輻射制冷的代表性應用主要有兩類。

一是應用于墻體、窗戶或屋頂?shù)慕ㄖ牧?，目前具有代表性的輻射制冷建材產品主要有涂料、卷材、玻璃、木頭等。輻射制冷建材產品的使用可以補償空調的耗電量，雖然輻射制冷的效果還無法控制到直接將溫度降至人體舒適溫度區(qū)間（夏季是19-24℃，冬季是17-22℃），雖然僅有看似微弱的降溫，但它所能補償空調的幾度設置溫度就已經(jīng)可以節(jié)約巨大的能源。據(jù)統(tǒng)計，如果把全國1.5億臺空調在26℃的基礎上調高1℃，每年則可節(jié)電約33億度。輻射制冷材料應用的意義之大可想而知。

另一種就是做成織物來實現(xiàn)個人熱管理，也就是制冷衣服。針對人體熱管理的輻射制冷織物，主要是設計一些柔性的纖維或者透氣的薄膜（類似于布料），可以編織裁剪成日常可穿的衣服。穿上這種衣服，不但可以有效阻擋太陽曬過來的熱量，還可以高效地向外散發(fā)人體熱量，讓人在炎炎烈日下也能擁有涼爽感。

輻射制冷行業(yè)的發(fā)展

在這里想和大家強調一下：熱和冷是相對的。換句話說，就是“熱也是冷，冷也是熱”，二者密不可分。所以通常在研究制冷的同時，也會伴隨有保溫和制熱方面的研究，我在這里統(tǒng)稱為制冷。目前市面上銷售輻射制冷衣服的服裝品牌日漸增多，常見的品牌有優(yōu)衣庫、蕉下等，產品有冰絲防曬衣（既防曬又降溫）等。崔屹教授曾在個人Linkedin主頁發(fā)文，EEnotech公司推出了第一代限量版保溫夾克，該夾克具有超?。?.3 mm）、超輕、防風防雨、兩級保暖等特點。

談及輻射制冷建材公司，不得不先從研究輻射制冷方向的那位著名教授說起。有這樣一位科學家，他是從普通農家走出來的熱物理知名學者，于2014年在頂級期刊science上發(fā)表了一篇關于新型輻射制冷膜的文章，研究表明，該材料應用于建筑物外表面后，在陽光的直射下，建筑物的表面溫度可降低20℃左右，內部溫度可降低10℃左右。該成果一經(jīng)發(fā)表便引起了國內外的廣泛關注，但這位科學家并沒有就此沉醉于聲譽，而是積極地將該材料投入生產，將產品推向市場，切切實實地將其應用到實際生活，有效緩解了傳統(tǒng)制冷帶來的能耗問題。

他在2017年創(chuàng)辦了首家零能耗輻射制冷技術產業(yè)化企業(yè)——寧波瑞凌新能源科技有限公司。該公司目前的核心產品有膜、涂料、金屬板（瓦）、布料等，可在大型建筑、倉儲物流、電力通信等戶外工作場所使用。公司的市場營銷范圍覆蓋全球五大洲，包括中東、東南亞、澳洲、美洲、歐洲等區(qū)域，聚焦大型公共建筑、糧食存儲、石化存儲、電力與通信設施等應用領域。實踐是檢驗真理的唯一標準，從實驗室到生產車間，從科研成果到商品貨架，這位教授便是從寒門學子到科技精英的楊榮貴。

廣西韜慧制冷科技有限公司也是一家專業(yè)從事制冷材料開發(fā)與應用的公司，致力于零能耗輻射制冷技術產業(yè)化的推廣與普及，核心產品有膜、涂料、金屬板、布料等，同樣也是在大型建筑、倉儲物流、電力通信等戶外工作場所使用。該公司同時設計、制造、銷售輻射制冷降溫安全帽、車墊、傘具、帳篷等生活用品。簡單列舉一下例子：“降溫車墊”可以有效解決烈日暴曬下車座升溫發(fā)燙的問題。我們都知道，電動車或自行車的黑色坐墊吸熱非常嚴重，夏季室外暴曬后溫度能高達六七十攝氏度，這極大影響了人們的舒適感，而使用這種“降溫坐墊”可以降溫20℃左右，這可讓人們免受高溫的折磨;“降溫頭盔”可讓人們在炎熱的路程中感到?jīng)鏊孢m，有效提升人體的舒適感。

廣西韜慧制冷科技有限公司與寧波瑞凌新能源科技有限公司已經(jīng)達成戰(zhàn)略伙伴關系，雙方在輻射制冷領域進行了深入的技術合作與市場開發(fā)。目前已在新加坡樟宜國際機場、東京羽田國際機場、杭州蕭山國際機場、深圳奧拓電子倉庫、浙江省糧食局直屬糧油儲備庫等領域開展標桿應用，降溫效果顯著。

與輻射制冷息息相關的材料類專業(yè)

材料類專業(yè)簡單來講就是研究材料的一個工科專業(yè)。“材料”一詞乍看有些了無邊際，但它又切切實實地滲透在我們生活的角角落落，可謂目之所及處皆是“材料”。材料主要分為四大類別：金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料。常見的金屬材料主要就是汽車飛機殼體、重型機械設備、輪船大炮等;無機非金屬材料主要就是陶瓷、水泥、玻璃、混凝土等建筑用料;高分子材料主要就是塑料、橡膠、合成纖維等生活常見用品;這些材料大都是相互配合使用的，正所謂合作共贏，世間萬物道理皆通，材料亦如此，復合材料便是以上三者的任意組合，擁有“1+1>2”的更優(yōu)性能，滿足更廣闊的使用需求。

基于上述復雜多樣的材料，材料類下屬的方向自然也非常多。材料類專業(yè)學習的內容非常廣泛，很多人覺得這個專業(yè)很水，課程多而雜，學習內容寬泛又難精通，但正因如此才更需要大家沉下心去鉆研。材料類專業(yè)是一個交叉型學科，對我們融會貫通的能力也提出了更高的挑戰(zhàn)。材料類專業(yè)的學生，無論是高分子材料方向、無機非金屬材料方向、金屬材料方向還是復合材料方向，除了專業(yè)基礎課，都還要學習四大化學、工程制圖、材料力學、機械設計基礎等。材料學專業(yè)包容了數(shù)學、力學、熱學、機械、計算機等各個學科，旨在培養(yǎng)科學研究、技術開發(fā)、工藝和設備設計、生產及經(jīng)營管理等方面的工程技術人才，總的來說，主要就是培養(yǎng)創(chuàng)新型和應用型人才。

大至飛機導彈，小到衣食住行，都和材料類專業(yè)有著不可分割的淵源。材料是國民經(jīng)濟的物質基礎和國家科技發(fā)展水平的標志，是國家發(fā)展的基石、民生的保障。材料、能源和信息被稱為現(xiàn)代技術的“三大支柱”，由此可見，材料的研發(fā)具有重要意義。

輻射制冷材料功能的實現(xiàn)主要是依靠材料種類的選擇和結構的設計，最終目標是對太陽光和大氣窗口進行選擇性調配，從而實現(xiàn)對熱量的調控?；趯嶋H使用需求，大多數(shù)輻射制冷材料的基體都是具有柔性的聚合物基復合材料。

國內相關院校

西北工業(yè)大學

西北工業(yè)大學的材料學院起源于原西北工學院的熱加工專業(yè)，著名材料學家?guī)煵w院士、李恒德院士、雷廷權院士、傅恒志院士曾就讀于該專業(yè)。1957年西北工學院與西安航空學院合并組建西北工業(yè)大學后，即成立了材料熱加工系。1962年擴充為材料科學與工程系，1996年建立材料科學與工程學院。

材料學院現(xiàn)設有3個系：材料學系、材料成型及控制工程系、復合材料系，并且擁有凝固技術國家重點實驗室、超高溫復合材料國防科技重點實驗室、摩擦焊接技術陜西省重點實驗室和3個省級工程技術研究中心。

西北工業(yè)大學的材料專業(yè)具有鮮明的國防特色，軍工材料、航空航天材料、焊接材料實力比較強，重點發(fā)展方向包括：以航空發(fā)動機及衛(wèi)星、導彈為主要應用背景的超高溫復合材料;以電子偵察與反偵察為主要應用背景的光電信息功能材料;以航空航天技術為主要應用背景的高性能結構與功能樹脂材料。學校畢業(yè)生的工作去向多是航空航天等國防企業(yè)，如成飛、西飛、沈飛、哈飛等各類飛機制造廠，以及相關研究院等。

四川大學

高分子材料是當今世界發(fā)展最迅速的產業(yè)之一，已廣泛應用于電子信息、生物醫(yī)藥、航空航天、汽車工業(yè)、包裝、建筑等各個領域。高分子材料與工程專業(yè)就是為了適應21世紀材料科學與工程的發(fā)展而設置的厚基礎、寬方向、適應性強的材料類專業(yè)。主要培養(yǎng)能在高分子材料的合成改性、加工成型和應用等領域從事科學研究、技術和產品開發(fā)、工藝和設備設計、材料選用、生產及經(jīng)營管理等方面工作的工程應用型人才。

四川大學雖然也設有材料科學與工程學院，但這里我想要介紹的是四川大學的高分子科學與工程學院。四川大學的高分子科學與工程學院是教育部直屬重點高校中第一個以高分子學科為主體的學科型學院，是在1953年6月我國高校中最早建立的高分子化合物專業(yè)（1954年更名為塑料工學專業(yè)）的基礎上發(fā)展起來的。學院本科設有高分子材料與工程專業(yè)，并與材料科學與工程學院聯(lián)合辦有生物醫(yī)學工程專業(yè)。研究生設有材料學（高分子材料）、材料加工工程（高分子材料加工工程）、生物醫(yī)學工程（生物醫(yī)用高分子材料及人工器官工程）、材料與化工4個學科專業(yè)，4個學科點均具有碩士、博士學位授予權，并建有博士后科研流動站。其中以高分子材料加工方向最為著名。

四川大學的高分子科學與工程學院以高分子材料和高分子材料加工工程學科為主體，科研力量雄厚，研究領域覆蓋了聚合物結構與性能、合成與改性、制備與成型（工藝、設備、新技術），以及新材料的開發(fā)與應用。研究的材料種類包括：通用塑料、工程塑料、特種工程塑料、復合材料、化學纖維、精細高分子材料、功能高分子材料、油田高分子材料、天然高分子材料、醫(yī)用高分子材料、組織工程材料及人工器官。研究成果在農業(yè)、建筑、航空、航天、汽車、微電子、交通運輸、輕工、醫(yī)療、環(huán)保等領域得到了廣泛的應用，為國民經(jīng)濟的建設和發(fā)展做出了積極的貢獻。近五年，學院承擔國家級項目和省/市級項目350多項，其中“863計劃”“973計劃”、國家重點研發(fā)計劃、國家科技重大專項等20余項，國家自然科學基金項目150余項（其中重大/重點類項目20項），承擔企業(yè)委托項目360余項，到?？蒲薪?jīng)費共3.09億元;獲得科研獎勵7項，獲準國家專利260余項。發(fā)表學術論文1500余篇。學院的研究基礎、研究水平、人才培養(yǎng)等得到了國內同行的承認，并在國際上具有影響力。

中國科學院上海硅酸鹽研究所

中國科學院上海硅酸鹽研究所起源于1928年成立的國立中央研究院工程研究所，1953年更名為中國科學院冶金陶瓷研究所。1959年獨立建所，定名為中國科學院硅酸鹽化學與工學研究所，1984年改名為中國科學院上海硅酸鹽研究所。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國科學院上海硅酸鹽研究所現(xiàn)已成為集材料前沿探索、高技術創(chuàng)新、應用發(fā)展研究為一體的無機非金屬材料科研機構，形成了“基礎研究—應用研究—工程化、產業(yè)化研究”有機結合的較為完備的科研體系。

中國科學院上海硅酸鹽研究所科研機構包括高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室、中國科學院特種無機涂層重點實驗室、中國科學院透明光功能無機材料重點實驗室（人工晶體研究中心和透明陶瓷中心）、中國科學院無機功能材料與器件重點實驗室（信息功能材料與器件研究中心）、中國科學院能量轉換材料重點實驗室（上海無機能源材料與電源工程技術研究中心）、結構陶瓷與復合材料工程研究中心、生物材料與組織工程研究中心、古陶瓷與工業(yè)陶瓷工程研究中心（古陶瓷科學研究國家文物局重點科研基地、古陶瓷多元信息提取技術及應用文化部重點實驗室）、中試基地和無機材料分析測試中心。

學科方向是先進無機材料科學與工程，主要研究領域覆蓋了高性能結構陶瓷、功能陶瓷、透明陶瓷、陶瓷基復合材料、人工晶體、無機涂層、能源材料、生物材料、古陶瓷以及先進無機材料性能檢測與表征等，是國內該領域科學研究單位中門類最為齊全的研究所。

材料類專業(yè)是關乎國家發(fā)展、社會民生的重要專業(yè)，開設該類專業(yè)的院校不計其數(shù)，研究內容、研究方向也極其豐富。除了上述三所院校及研究所，還有華中科技大學側重于金屬成型、模具等方向，學生畢業(yè)以后可以去華為等公司做結構設計;哈爾濱工業(yè)大學側重于航空航天、耐高溫耐低溫防腐蝕方向;中南大學側重于粉體冶金材料方向;武漢理工大學側重于建筑材料方向，如水泥、玻璃、瓷磚等;北京科技大學、東北大學側重于金屬材料方向。

輻射制冷研究方向的學科交叉性比較強，它涉及物理、地理、化學、材料等很多專業(yè)的知識，不屬于基礎學科的范疇，所以本科是不設置該專業(yè)的，目前它只屬于研究生專業(yè)下的一個小的研究方向，從已發(fā)表論文的水平和數(shù)量來看，國內做的相關度比較高的導師有華中科技大學的楊榮貴教授、上海交通大學的鮑華教授、南京大學的朱嘉教授等。

從不怕熱的撒哈拉銀蟻到輻射制冷材料，我們要時刻感恩大自然的饋贈，珍惜大自然的智慧結晶。將輻射制冷行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展起來，是我們對大自然做出的最好回饋。