炎炎夏日，白色总是让人感觉更凉爽。事实也的确如此，因为白色会反射阳光，而其他颜色，特别是深色如蓝色或黑色，则更易吸收阳光。这也是彩色冷却膜无法回避的问题——只要有鲜艳的颜色，就会吸收光产生热效应。
如何避免彩色冷却膜产生热效应？科学家把目光放到了蝴蝶翅膀上。大闪蝶的翅膀呈现出鲜艳亮丽的蓝色，但却并不会因为日晒而发烫？究其原因，是因为蝴蝶翅膀覆有独特的纳米结构，可对表面光线进行反射和折射，所以即使是彩色的，也不会吸收阳光而发热。
深圳大学的研究人员从中汲取灵感，利用纳米技术设计出了不吸收任何光线的新型薄膜。这种新薄膜可替代市面上的节能反光涂料，用于建筑物、车辆和设备的外部。研究人员表示，他们开发的这款薄膜将彩色物体的温度降低到环境温度以下约2℃。他们还发现，当整天放在外面时，蓝色版本的薄膜比传统的蓝色汽车油漆低约26℃。这意味着每年可节省约 1，377 MJ/m2 的能源。论文发表于Optica期刊上。
从蝴蝶身上找灵感
以涂装了蓝色油漆的汽车为例，车子之所以呈现蓝色，是因为它吸收了黄光并反射了蓝光。而吸收的大量光则会产生热效应，让车内温度升高。如何向蝴蝶学习，设计模仿蝴蝶翅膀上的纳米结构，来保证既拥有鲜艳颜色，又不像传统油漆那样吸收光线呢？
首先让我们了解一下蝴蝶翅膀的结构。蝴蝶翅膀是由两层薄膜组成，中间夹着一层空气。在这两层薄膜上，覆盖着许多微小的鳞片。这些鳞片是由角质素（keratin）和色素（pigment）组成。鳞片的形状、大小、排列和反射光线的方式，都会影响翅膀的颜色。
于是，研究人员尝试将薄膜设计成三层，但整体厚度控制在仅几微米。顶层由钛、硅、氧等组成的化合物制成，而下面的两层则分别是特制的磨砂玻璃和薄薄的银镜。其中的玻璃层内有无数微小结构，使其呈磨砂状，模拟蝴蝶翅膀。
多膜层的设计让材料可以散射光线，不吸收光线；调整膜层又使它们能够对反射有足够的控制，从而改变其颜色。例如，为了产生蓝色，多层材料被设计成在非常窄的角度范围内反射黄光，而无序结构就能将蓝光漫射到广阔的区域。
彩色物体的被动冷却
虽然此前已有设计不吸收光的被动冷却技术材料，但都只用于白色或透明物体。“我们开发了分层结构，将被动冷却方法从无色物体扩展到彩色物体，保持了色彩性能。”研究团队负责人王万林指出了该项目的一大进步。
为了测试这项新技术，研究人员制作了蓝色、黄色和无色薄膜，放置在深圳大学户外屋顶，以及汽车、布料和手机等表面上，分别在冬季和夏季上午9点到下午4点进行观察。他们使用热电偶传感器和红外相机测量温度，发现覆有冷却膜的比普通涂料的表面，在冬季低约15℃，夏季低约35℃。
研究人员指出，用铝膜代替银膜将使薄膜更便宜，并且可以通过电子束蒸发和磁控溅射等可扩展的制造方法制造。现在他们已经证明了薄膜的冷却和着色性能，下一步将计划研究和优化其他性能，如机械和化学稳健性。
正如研究人员所预见，这种彩色薄膜有着广泛的应用场景：它可以大大降低电动汽车空调的能耗，从而增加车辆的行驶里程；也可以用于纺织品，来制作任何颜色的衣服，保证人们在高温下穿着舒适。
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编辑：李菁
