新技術為“發燒”城市降溫

去年，地球經歷了有記錄以來最炙熱的一年。然而，2024年的酷暑更兇猛，7月里竟有4天連續刷新地球歷史上“最熱日”的紀錄。研究表明，極端高溫不僅加劇了水資源短缺現象，令電網不堪重負，而且每年造成近50萬人死亡。

面對這場“熱浪挑戰”，科學家紛紛亮出奇招。英國《自然》網站在近日的報道中展示了一些“降溫秘籍”：從能釋放熱量的超冷材料，到智能調節熱量的相變材料，再到新型高效空調，科學家正積極探索為城市降溫的新策略。

研發電熱冷卻設備，引領清涼新風尚

大多數空調和冰箱通過壓縮或膨脹流體來吸收或釋放大量熱量。盡管這些方法經濟實惠，但會排放溫室氣體并消耗大量能源。國際能源署的數據顯示，全球空調和電風扇耗電量約占建筑物總耗電量的20%。該機構預測，到2050年，全球空調所需能源將激增3倍。更令人擔憂的是，空調中使用的冷卻劑對環境有害。

科學家正尋找取代傳統空調的新方法。去年11月，盧森堡科學技術研究所的伊曼紐爾·德費團隊在《科學》雜志上發表文章稱，他們成功研制出一種由金屬鉛、鈧和鉭制成的制冷裝置，理論上工作效率最高可達60%左右。

這一創新的核心在于巧妙利用電熱冷卻原理。當電場作用于材料（陶瓷）上，改變電荷方向時，會導致材料溫度暫時升高。當電場撤離，材料會迅速降溫。整個系統無須任何移動部件，也不使用對環境有害的制冷劑，工作效率是標準空調系統的兩倍，能大幅降低能源消耗。

德費團隊與日本村田株式會社合作，制造出了原型設備。德費指出，村田公司生產的這種特殊陶瓷，廣泛應用于手機、電腦等設備上，為新型制冷裝置的廣泛應用奠定了基礎，不過將這一前沿技術轉化為普及性產品尚需時日。

超冷和相變材料，提供降溫新方案

除研制冷卻系統外，科學家還研發出一些新型超冷材料和相變材料，旨在為城市的防暑降溫提供新方案。

所有材料都會反射部分陽光，并以熱量的形式釋放能量。但超冷材料不僅能反射大部分太陽輻射，又能釋放大量熱輻射，無須電力即可實現降溫。

2014年，美國斯坦福大學電子工程學教授范善輝和研究助理阿斯沃斯·羅曼等人在《自然》雜志上發表文章稱，他們開發出一個超冷表面。這款超薄多層材料既能“卸載”建筑物內的紅外熱量，又能反射加熱建筑物的太陽光，猶如給建筑物披上了一層“制冷外衣”。新材料由7層交替的二氧化硅和二氧化鉿組成，當安裝在屋頂上時，日間降溫可達5℃。

超冷材料領域近年來發展迅速。科學家利用塑料、金屬、油漆甚至木材等，研制出各式超冷材料。

今年7月，中國四川大學環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗室趙海波教授等人在《科學》雜志發表論文稱，他們研制出一種具有高太陽光反射率、可大規模制備、可循環利用的全生物質輻射冷卻氣凝膠。該氣凝膠由明膠和DNA制備而成。研究結果顯示，在高太陽輻照度的戶外條件下，該氣凝膠表面溫度比環境溫度低16℃，表現出優異的制冷性能。

澳大利亞墨爾本大學團隊2023年在《材料化學》雜志描述了由懸浮納米顆粒組成的“相變油墨”。這種材料被加熱并變成金屬時，呈線性結構，可反射多余熱量，從而給周圍環境降溫。當它被冷卻時，呈鋸齒形結構，允許熱量進入，讓周圍環境保持溫暖。團隊希望將這種油墨用作窗戶涂料，并根據季節設計不同涂層，使建筑物冬暖夏涼。

從實驗室到城市，亟待規范化發展

在與熱浪的較量中，哪些冷卻技術最終脫穎而出，目前尚不可知。眾多創意仍“藏身”實驗室靜待時機；有些則“牛刀小試”，部署于小型項目中。

例如，有科學家提出，在陰云密布或潮濕天氣條件下，超冷材料或許難以施展“身手”。這是因為水蒸氣會捕獲紅外輻射，阻止其散發到太空。

今年1月，澳大利亞新南威爾士大學物理學家馬蒂伊斯·桑塔莫瑞斯團隊提出一項戰略行動：他們用超冷材料改造沙特阿拉伯首都利雅得建筑物，同時將灌溉樹木的數量增加一倍，預計使該城市氣溫降低了4.5℃。

趙海波教授在接受科技日報記者采訪時表示：“超冷材料具有無須額外輸入能源即可實現制冷的獨特優勢，未來有望在多個領域發揮重要作用。智能化和多功能化也是這類材料發展的重要趨勢。”

但趙海波同時提醒：“目前這類材料大多處于學術研究階段，對成本、施工條件等因素考慮較少，需要與工程需求相結合，以達到實用化目標。此外，超冷材料的性能評價方法尚不統一，國際上缺乏相關標準，亟須制定一套可靠的規范化研究標準，以促進該領域健康發展。”