建筑物室内无需电力也能实现恒温？这种新材料可减少双向温度波动

通过建筑构件中的热调节机制来缓解热岛效应，可以改善人体的热舒适度和城市地区的居住环境。被动式热调节系统与屋顶、窗户或墙壁相结合，无需电力即可运行，是一种节能且环境可持续的解决方案。

相变材料通过使用潜热使温度波动最小化，但有一些限制。这些技术的应用导致了白天的炎热和晚上的寒冷。因此，需要研究减少双向温度波动的新材料。

由 IMDEA Nanociencia 的 José Sánchez-Costa 博士和 Ana Espinosa 博士领导的研究人员已经证明，分子材料可以以一种新的方法达到温度调节目的。在发表于Advanced Science的最新工作中，该小组测试了嵌入塑料基质中的基于分子的配位聚合物对几个加热-冷却循环的影响。

a) SCO 材料在昼夜循环中的行为方案。b) SCO 材料在太阳辐射下的工作方案。当天气炎热时，材料处于 HS 状态（白色），光线被反射，房间温度的升高得到控制。相反，在低温下，材料呈现 LS 状态（粉红色），因此吸收了更多的波长，使房间变热。c）外部刺激下的自旋跃迁示意图。图片来源：高级科学（2022 年）

他们观察到伴随的相变和颜色变化，从粉红色到白色，这导致了相对于其他热致变色材料的冷却效果。测量的温度表明，加热的材料能够通过两种效应更有效地散热：能量吸收触发相变，以及由于颜色向白色变化而导致的光学反射——反射更多能量。此外，由于相变中产生的热量的解吸，冷却的材料（粉红色）产生了对温度降低的抑制。这转化为加热和冷却循环期间的较低温度波动。

温度与开关太阳周期的曝光时间。图片来源：先进科学

自旋交叉分子材料在循环时非常稳定；在这项研究中，进行了多达 40 个循环，产生了相似的结果。这些通用材料可以针对特定特性进行设计，例如转变温度和热滞后。

在这项研究中，研究人员证明太阳产生的热量足以在自旋交叉材料中产生自旋跃迁。这进而产生由于颜色变化和与自旋跃迁相关的能量吸收导致的光反射增加而导致的冷却效果。因此，自旋交叉分子材料可用于减少温度波动，并有可能在建筑物的被动温度控制元件中实施。