华裔科学家尹晓波的降温薄膜原理是什么？有没有希望取代空调？
首先，我们得理解一个关键概念：辐射冷却。我们知道物体都会向外辐射热量，尤其是在红外波段。夏天我们晒太阳，感觉热，就是因为太阳辐射过来的能量多于我们向外辐射的。而夜晚，我们能感觉到一丝凉意，就是因为没有了太阳的加热，我们向外辐射热量，周围空气吸收了这些热量，感觉就凉快了。
尹晓波教授和他的团队研发的这种降温薄膜，就是利用了被动辐射冷却的原理，并且将其效率发挥到了极致。通俗点讲，就是让这个薄膜能够非常高效地把物体本身的热量“丢出去”，并且还能“挡住”外界的热量。
具体来说，它的工作原理可以拆解成几个关键点：
1. 强大的红外线发射能力： 这种薄膜被设计成在“大气窗口”这个特定的红外波段（大约813微米）具有极高的发射率。我们知道，地球大气层对这个波段的红外线是不怎么吸收的，反而会透过。这就好像给薄膜开了一个“通道”，让它可以直接把热量“扔”到外太空去，而不被大气层截留。想象一下，你有个东西发热，却能直接丢进一个黑洞里，那就不会影响周围环境了，效果特别好。
2. 高太阳光反射率： 同时，这种薄膜又对太阳光（可见光和近红外光）具有非常高的反射率。这意味着它能把大部分来自太阳的热量反射回去，不让这些热量被薄膜本身或它覆盖的物体吸收。这就好像给物体穿上了一件“反光外套”，把太阳光原封不动地弹开。
所以，当这种薄膜被铺设在建筑屋顶、墙壁，或者任何需要降温的物体表面时，它就能同时做到两件事：
主动向外“排热”： 利用其特殊的红外发射特性，将物体内部积聚的热量高效地辐射到太空中。
被动隔绝“吸热”： 利用其高反射率，将来自太阳的热量拒之门外。
这两个作用叠加起来，就能让被覆盖的物体表面温度显著低于环境温度，即使在炎热的白天也能实现降温效果。
那么，它有没有希望取代空调呢？
从原理上看，这种被动辐射冷却技术确实非常诱人，因为它不消耗电能，是一种纯粹的物理降温方式。如果能大规模应用，对节能减排将是革命性的贡献。
然而，要说“取代空调”，目前来看难度很大，至少在短期内不太现实。原因有很多：
1. 降温幅度与环境温度相关： 辐射冷却的效果很大程度上依赖于环境。在晴朗、干燥、夜间无云的情况下，降温效果最好。但在湿热的夏季午后，大气中的水蒸气和二氧化碳对红外线的吸收作用会增强，会削弱薄膜向外辐射的效果。同时，如果周围环境已经很高温，它能降多少，也是有个上限的。
2. 室内空气循环和湿度控制： 空调不仅仅是降温，它还涉及到空气的流通、过滤以及最重要的——湿度控制。夏天的体感不舒服，很多时候是湿度太高造成的。目前这种薄膜主要作用于表面降温，它本身不具备强大的空气循环和除湿能力。如果室内空气不流通，即使墙壁凉了，人待在里面还是会感觉闷热。
3. 能量传递效率和规模化应用： 这种薄膜的降温效果和其表面的大小、与外部环境的热交换效率密切相关。对于一个普通家庭的空调，它的制冷量是相当大的，能够迅速、稳定地降低整个房间的温度，并且调节空气。薄膜的降温能力相对被动，且其“散热”路径是太空，不是直接在室内与空气交换热量。要达到空调那种快速、显著的室内降温效果，可能需要非常大的覆盖面积，或者与其他降温技术结合。
4. 成本与耐用性： 新材料的研发和推广，成本是一个绕不过去的坎。虽然原理不耗电，但薄膜的制造成本、安装成本以及在各种复杂环境下的耐用性（如抗紫外线、抗磨损、抗污染等），都需要经过时间和市场的检验。
5. 人们的习惯和需求： 人们已经习惯了空调带来的即时、强力的降温体验，尤其是在极端高温天气下，只依靠被动降温可能难以满足舒适度需求。
但是，这并不意味着它没有价值。
尹晓波教授的降温薄膜，更像是一种极具潜力的补充和替代方案，尤其是在以下几个方面：
建筑节能： 将其大面积应用于建筑外墙、屋顶，可以显著降低建筑的制冷负荷，减少空调的使用时间，间接达到节能目的。这对于绿色建筑、低能耗建筑的发展非常有意义。
特定场景降温： 在一些不需要极速降温或对湿度要求不高的场景，比如农作物降温、电子设备散热、甚至在户外遮阳棚的应用，可能都大有可为。
与传统制冷结合： 未来可能不是完全替代，而是结合。例如，薄膜先将表面温度降低，空调只需处理更少的室内热量，从而更省电。
总而言之，尹晓波教授的降温薄膜，是基于物理原理的创新，展现了被动冷却技术的巨大潜力。它以一种环保、不耗能的方式实现降温，对于解决能源危机和环境问题具有重要的研究价值和应用前景。
但要说它能直接全面取代空调，考虑到目前的技术成熟度、降温效果的局限性以及人们对舒适度的需求，目前来看更像是提供了一种革命性的“辅助”或“部分替代”的思路。它的发展方向很可能是与其他技术融合，共同构建更可持续的降温解决方案，而不是单枪匹马地干掉空调。
网友意见
1、辐射降温（制冷，冷却）：
辐射降温在实际生活中非常常见。
比如，晚上天气会比较凉，这是因为晚上没有阳光的辐射，但是地球本身还在朝太空辐射散热，所以输出大于输入，就降温了。
再比如，为什么沙漠晚上特别冷，这是因为：一方面，沙漠上云层很薄，保温效果比较差；另一方面，沙子的主要成分是氧化硅（也就是Science文中其主要作用的材料），是很好的辐射散热材料。
再比如，月球没有被太阳晒到的一面，特别冷，可低至-183度，这也是因为没有太阳照射时，月球会向太空辐射热量，而宇宙背景温度为2.73k（约-273度），所以要想达到热平衡，月球的温度要接近-273度。
再比如，人体也部分通过辐射降温，热成像就是根据这个原理设计的。
2、降温薄膜的原理：
考虑一个放在室外爆嗮的物体，它既会辐射热量，也会吸收阳光和大气辐射升温，还会受到热对流和热传导的影响，所以如果要让物体降温，就必须提高其热辐射效率，降低其对阳光的吸收。
有意思的是，大气层刚好在红外有一个窗口（波长为8-13微米），这些红外线可以直接穿过大气层辐射到太空去。
我们知道，太空的温度约为2.725K，（宇宙背景辐射就跟这个温度直接相关），所以太空就像一个低温水池，通过大气窗口，我们就可以把地球上不需要的热量辐射到太空去。
跟空调制冷的区别：空调的降温主要是压缩氟利昂产生冷气，冷气再跟屋内的空气通过热对流和热传导实现降温。而在这篇Science中，主要的方法是热辐射。它的热通过热辐射转移到了太空。
跟空调制冷的相同处：但是辐射降温实际上是因为太空很冷！我觉得两者方法上虽然不同，但是本质上是一样的：把高温物体的热转移的低温物体上。
3、如何做到这一点？
这就需要构造一种材料，可以提高物体的热辐射效率，并且降低物体对阳光的吸收。
物理上，通常一个良好的电磁波吸收物体，也是一个良好的电磁波辐射物体。这里的电磁波辐射是由于黑体辐射效应导致的。
所以，总的来说，实际上是设计一种滤波器，它在红外频段能够有较高的吸收率，在光频段能够有较高的反射率。这正是超材料擅长的地方。
图1、超材料结构示意图。
所以在Science这篇文章中，作者构建了一种超材料，这种材料是由在高分子聚合物中添加一些直径约为8微米的氧化硅（即玻璃）纳米颗粒。
图2、该超材料在8-13微米处有很高的辐射效率。
可以看到这种超材料在红外频段（8-13微米）处有较高的辐射（吸收）效率。
图3、超材料样品图。
当然这种薄膜如果要降温需要在背后镀一层银薄膜，这样才能反射可见光。所以在实际使用中，需要在后面再镀一层银薄膜。
图4、在该薄膜上镀一层银薄膜，太阳光基本被反射，但是该材料仍然可以通过红外辐射实现降温。
4、降温效果
从测量效果看，该超材料在正午太阳直射的时候，其降温功率为93瓦每平方米，应该说非常高，可以大幅度降低房屋降温消耗的能源。但降温效果可能没有新闻中提到的狂降17度那么夸张。
5、优点及存在的挑战
优点：实际上辐射降温的方法早在2014年就已经被斯坦福大学的Shanhui Fan组提出，所以在原理上，该science文章并没有太多的创新之处。其创新点在于，他们的方法可以很容易大规模生产，价格相对便宜，并且制作难度相对以前大幅度降低，这为辐射降温方法走向市场奠定了基础。
存在的挑战：其使用性任然有局限性，这种材料需要保持其干净，如果薄膜上有灰尘或者露珠雨水，其降温效果可能会大大的降低。
参考文献：
Zhai Y, Ma Y, David SN, Zhao D, Lou R, Tan G, Yang R, Yin X. Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling. Science. 2017 Mar 10;355(6329):1062-6.
Raman AP, Anoma MA, Zhu L, Rephaeli E, Fan S. Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight. Nature. 2014 Nov 27;515(7528):540-4.
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