張志，高瑾，李曉剛

（北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院，北京 100083）

0 引 言

隔熱涂料是一種能夠有效阻止熱傳導(dǎo)、降低表面溫度以改善工作環(huán)境及降低能耗而廣泛應(yīng)用于、建筑物、紡織布、船舶甲板及航天軍事等領(lǐng)域的功能性涂料，高反射率、高發(fā)射率和低的導(dǎo)熱系數(shù)是該類涂料的主要特點(diǎn)。研究表明，將全球各城市建筑物對(duì)太陽光的平均反射率提高0.1，相當(dāng)于減少40~160 t CO2的排放[1]，并且高反射率涂層在緩解城市熱島效應(yīng)、改善環(huán)境污染等方面都具有重要的意義。

近年來對(duì)隔熱涂料的隔熱機(jī)制以及如何提高隔熱效果等基礎(chǔ)研究更加重視，由此誕生了一系列具有優(yōu)異熱性能的隔熱涂層，其往往更強(qiáng)調(diào)高的反射率與發(fā)射率，因大多為薄層涂刷，實(shí)際隔熱效果還不夠理想，并且存在著色彩單一、耐沾污性差等不足，因此又誕生了新型功能隔熱涂層，為解決這些問題提供了新的思路，主要表現(xiàn)在彩色隔熱涂層、自清潔隔熱涂層、智能隔熱涂層等方面，以便進(jìn)一步改善生活環(huán)境及城市微氣候。

本文基于隔熱涂料阻隔、反射、輻射的隔熱機(jī)理探討了隔熱物理性能的影響因素及如何提高隔熱性能的研究進(jìn)展，并總結(jié)了近年來隔熱涂層在配方設(shè)計(jì)、制備以及功能性等方面取得的研究成果。

1 隔熱機(jī)理及關(guān)鍵隔熱物理參數(shù)

通過熱平衡方程[2]分析暴露于太陽下表面的熱行為可知：影響隔熱涂層表面熱性能的關(guān)鍵物理參數(shù)為太陽反射率R、表面輻射率ε及導(dǎo)熱系數(shù)k，基于此隔熱機(jī)理可分為阻隔型、反射型和輻射型。熱平衡方程如下：

式中：I——日照強(qiáng)度，W/m2；R——表面的太陽反射率，%；ε——表面熱輻射率，范圍在[0，1]；k——表面導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；σ——Stefan-Boltzmann常數(shù)，為5.6685×10-8W/（m2·K4）；Ts——表面溫度，K；Tsky——天空溫度，K；hc——對(duì)流系數(shù)，W/（m2·K）；Ta——空氣溫度，K；dT/dx——表面的溫度梯度。

阻隔型涂層是通過對(duì)熱傳導(dǎo)的阻抗作用而實(shí)現(xiàn)隔熱保溫效果的被動(dòng)式降溫；反射型涂層是將太陽輻射反射回大氣，減少了進(jìn)入涂層的熱量，進(jìn)而減弱了熱量在涂層內(nèi)部的傳輸；輻射型涂層是將自身吸收的能量以遠(yuǎn)紅外發(fā)射的方式在波長(zhǎng)8～13．5 μm內(nèi)通過大氣的“紅外窗口”高效地發(fā)射到外層空間，從而使表面溫度降低，其主動(dòng)降溫是區(qū)別于前2種涂料的主要特點(diǎn)[3]。目前大多數(shù)研究者采用3種隔熱機(jī)理協(xié)同的復(fù)合型隔熱涂料以充分發(fā)揮其隔熱效果。根據(jù)涂膜結(jié)構(gòu)可以分為單面和底面結(jié)構(gòu)（阻隔型底漆加反射面漆），將3種功能顏料共混的單面結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)化了程序，但隔熱性能并不能最大化；對(duì)于底面結(jié)構(gòu)，面漆的反射輻射作用搭配低熱導(dǎo)率的底漆，可以達(dá)到較優(yōu)的隔熱效果。

另外，近年來隨著新材料的發(fā)展，一種基于相變材料（PCM）的隔熱涂料應(yīng)運(yùn)而生。PCM是通過化學(xué)鍵儲(chǔ)存和釋放能量的熱能儲(chǔ)存材料。不同于阻隔、反射與輻射的隔熱機(jī)理，其白天融化吸收部分能量，晚上凝固并釋放儲(chǔ)存的能量，降低了溫度波動(dòng)，從而具有一定的隔熱效果。其關(guān)鍵物理參數(shù)為熱容量和相轉(zhuǎn)變溫度。相變材料可分為有機(jī)化合物、無機(jī)化合物、共晶有機(jī)/無機(jī)化合物。有機(jī)材料包括石蠟和非石蠟，導(dǎo)熱系數(shù)低、體積變化大等是石蠟的主要缺點(diǎn)。非石蠟通常包括酯、二醇和脂肪酸，但易燃性較高。無機(jī)材料主要是鹽水合物或金屬，它們具有良好的導(dǎo)熱性和高的熔化潛熱，并彌補(bǔ)了有機(jī)相變材料的易燃缺點(diǎn)。共晶體是多種不同比例固體的混合物，從而具有更高的潛熱和更具體的熔點(diǎn)。由于PCM材料的存儲(chǔ)容量以及使用壽命有限，并且其完成相變過程之后的導(dǎo)熱系數(shù)較大，所以目前缺乏在隔熱涂層方面的實(shí)際應(yīng)用。

Pisello A L等[4]研究了PCM對(duì)聚氨酯隔熱涂層耐久性的影響，并發(fā)現(xiàn)PCM對(duì)于保持涂膜太陽能反射率尤其是NIR區(qū)域具有很好的效果。Lei Jiawei[5]制備了PCM底漆與反射涂層的雙涂層結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，其比普通涂層具有更低的表面溫度，并通過Energy Plus軟件數(shù)值模擬，其每月節(jié)能率可達(dá)5%～12%。

2 關(guān)鍵物理參數(shù)及影響因素研究

無論是單層還是多層結(jié)構(gòu)對(duì)于不同基材的防護(hù)與隔熱，絕大部分是通過阻隔、反射及輻射的隔熱機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，因此如何提高關(guān)鍵物理性能是研究的關(guān)鍵。本文對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的影響因素的進(jìn)行討論并分析了如何選取隔熱涂料的填料。

2.1 導(dǎo)熱系數(shù)及影響因素

因空氣的導(dǎo)熱系數(shù)極低，在涂層中引入無對(duì)流空氣，可以顯著降低涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，因此具有高氣孔率的顏填料被廣泛地應(yīng)用于隔熱涂料。目前以空心陶瓷（玻璃）微珠及SiO2氣凝膠的應(yīng)用為主，但往往需要平衡此類阻隔填料對(duì)涂膜機(jī)械性能的影響。常用阻隔填料導(dǎo)熱系數(shù)見表1。

表1 常用阻隔型填料的導(dǎo)熱系數(shù)

Skelhorn[6]研究了微珠粒徑對(duì)于隔熱效果的影響，通過比較不同粒徑空心微珠的低熱導(dǎo)底漆和反射面漆的復(fù)合涂層隔熱效果后發(fā)現(xiàn)當(dāng)空心微珠的導(dǎo)熱系數(shù)＜0．1 W/（m·K），粒徑在10～150 μm時(shí)，隔熱效果達(dá)到最佳。李志強(qiáng)[7]探究了涂膜厚度對(duì)隔熱效果的影響，發(fā)現(xiàn)涂膜厚度與隔熱性能存在正相關(guān)性，然而過厚會(huì)引起涂層附著力、機(jī)械性能下降。

雖然空心微珠的引入增強(qiáng)了涂膜的隔熱效果，但因其為硬殼質(zhì)材料，分散時(shí)容易破損且形成的涂膜較厚，會(huì)導(dǎo)致涂膜的平整度下降，降低涂膜的耐沾污性，SiO2氣凝膠的替代可以改善這個(gè)問題，其具有三維網(wǎng)絡(luò)骨架和獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)90%以上，孔徑分布在2～50 nm，比表面積為800～1000 m2/g。這種特殊結(jié)構(gòu)大大降低其內(nèi)部氣體和固體的導(dǎo)熱效率，所以SiO2氣凝膠是填料中隔熱性能最好的一種。并且以其納米結(jié)構(gòu)形成的涂膜也比空心微珠薄且有效。

許輝等[8]以SiO2氣凝膠為功能填料，丙烯酸樹脂為成膜劑，制備出一種透明隔熱涂料，在500 W紅外燈照射10 min時(shí)，該透明隔熱涂層與空白玻璃的溫差可達(dá)11℃。Kim G S和Hyun S H[9]制備了一種在玻璃上使用的SiO2氣凝膠透明隔熱膜，其透光率達(dá)到90%，當(dāng)膜厚為100 μm時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)可降到0.2W/（m·K），是空白板的1/10。

因SiO2氣凝膠成本較高、機(jī)械強(qiáng)度低、難以分散，且配制涂料時(shí)氣凝膠易與液體介質(zhì)混合從而使納米多孔結(jié)構(gòu)破壞，因此制備工藝難度大，目前以空心微珠的應(yīng)用較多。

樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)[0.05～0.45 W/（m·K）]遠(yuǎn)小于金屬[34.8～429 W/（m·K）]，具有較好的保溫性能，有利于作為隔熱涂料的成膜物。用于隔熱涂料的樹脂對(duì)可見光和近紅外光的吸收越小越好，結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡量少含—OH、—C—O—C—和—C=O等基團(tuán)。非晶結(jié)構(gòu)致密性低于結(jié)晶性，分子鏈中存在空位較多，故結(jié)晶性高聚物一般比非晶導(dǎo)熱系數(shù)高。盡管不同成膜物質(zhì)對(duì)涂料的隔熱性能有一定的影響，但高聚物極少有自由電子，大分子鏈的運(yùn)動(dòng)也受到限制，故其導(dǎo)熱系數(shù)相差不大。丁逸棟等[10]制備了水性丙烯酸樹脂，水性聚氨酯樹脂和水性環(huán)氧樹脂的清漆涂層樣板并通過自制隔熱溫差裝置測(cè)量背面溫度變化，在相同環(huán)境下，涂覆水性丙烯酸樹脂的樣板背面溫度較聚氨酯樹脂和環(huán)氧樹脂分別低0.8℃和1.8℃，說明了水性丙烯酸樹脂在用于隔熱涂料方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2.2 太陽能反射率及影響因素

太陽能反射率表示了將太陽輻射反射回其半球表面的能力，反射率越高，進(jìn)入涂膜的熱量就越少。隔熱涂料的反射能力主要與以下幾點(diǎn)因素有關(guān)：（1）顏填料與成膜物的折光指數(shù)差；（2）顏填料的粒徑及其分布；（3）顏填料的表面處理；（4）涂膜的厚度；（5）涂膜的表面情況。

涂膜對(duì)太陽光的反射能力主要取決于其散射能力，根據(jù)Kubelka-Munk（K-M）方程：

式中：F（R）——K-M函數(shù)；K——吸收系數(shù)；S——散射系數(shù)；R∞——物質(zhì)在無限厚度下的反射率，%；R——涂膜反射率，%。

由式（2）可知，散射系數(shù)與涂膜反射率呈正相關(guān)。涂膜對(duì)太陽光的散射系數(shù)S由顏填料的折光指數(shù)（np）和成膜樹脂的折光指數(shù)（nr）決定，其中：S=np/nr

若提高涂膜對(duì)太陽光線的反射能力，則需使用具有高折光指數(shù)的顏填料和具有低折光指數(shù)的成膜物質(zhì)，成膜物的折光指數(shù)基本都在1.4~1.5，因此選擇折光指數(shù)高的顏填料是關(guān)鍵。金紅石型鈦白粉折光指數(shù)高達(dá)為2.8，故其為反射顏料中的較優(yōu)選。Gao Q等[11]使用液體沉積法將納米二氧化鈦沉積在中空微珠上，所得到的中空微珠/TiO2復(fù)合顏料的近紅外反射率達(dá)到原來的1.8倍。

根據(jù)光的散射理論，當(dāng)涂膜對(duì)入射光的反射率達(dá)到最大值時(shí)，顏料的最佳粒徑d和入射光波長(zhǎng)λ有著如下的關(guān)系：

式中：d——顏料粒徑；n1——顏料折射率；n2——成膜物折射率。

由上式可知，若反射較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽輻射從而達(dá)到一個(gè)較高的太陽光反射率，也需要顏料的粒徑在一個(gè)合適范圍。對(duì)于與基質(zhì)相容性差的顏填料，難以分散易團(tuán)聚，從而引起表面反射率下降，需要對(duì)其進(jìn)行表面處理，因此常用偶聯(lián)劑、表面活性劑對(duì)其改性以解決該問題。

因反射只是發(fā)生在涂膜表面一定厚度的區(qū)域，在一定厚度下，光波透過率為零，其反射率便不會(huì)改變，故其厚度存在一個(gè)最佳值。Wang Z 等[12]通過測(cè)試涂膜在 30、50、100、150 μm幾種厚度下涂膜的反射率，結(jié)果顯示，在厚度小于150 μm的范圍內(nèi)，涂膜的反射率隨著厚度的增加逐漸增大；超過150 μm，其反射率并無較大變化。

涂層表面粗糙度越大，光澤度越低，涂層反射能力越差。隔熱涂料在使用過程中反射率的變化受2兩種因素的影響：（1）環(huán)境的污染（大氣中的碳氮硫氧化物的附著、微生物的生長(zhǎng)）；（2）材料自身的老化（太陽輻射，季節(jié)性溫度波動(dòng)引起的熱應(yīng)力以及水滲透引起的物理應(yīng)力等）。

Shi Y等[13]對(duì)比了經(jīng)5次抗污染測(cè)試及耐候性測(cè)試前后隔熱涂層的太陽能反射率變化值，發(fā)現(xiàn)太陽能反射率的衰減主要是污垢的積聚而不是老化（老化引起的反射率衰減率為1.3%~1.5%、而抗污染測(cè)試后的下降率為7%~9%）。Bhargava S等[14]研究了1000 h紫外、浸水和熱循環(huán)加速老化對(duì)水性聚氨酯熱反射涂層的太陽能反射率影響機(jī)制，相對(duì)于化學(xué)老化，其認(rèn)為物理老化（水滲透引起涂膜的空隙、熱循環(huán)導(dǎo)致的熱應(yīng)力形成了缺陷等）是導(dǎo)致反射率耐久性下降的主要原因。

研究顯示，疏水涂層表面耐沾污性實(shí)際上比親水表面差，因?yàn)榄h(huán)境中的污染源呈油性，而親水涂層與水的親和力高于油污，從而使油污容易被沖走。Huang Y等[15]研制了一種具有良好耐污性和疏水性的反射涂料，由微米級(jí)SiO2（2～5 μm）、納米級(jí)TiO2（15～40 nm）疏水性聚合物組成，SiO2和TiO2顆粒包裹在PDMS中，所得涂層太陽光反射率大于0.85。Aoyama T等[16]以水性雙組份丙烯酸硅聚合物和硅酸烷基酯作為成膜物，制備了一種親水性自清潔涂層，烷基硅酸鹽在固化和干燥期間水解，并遷移到涂層的表面形成親水層，產(chǎn)生自清潔效果。在3～6個(gè)月期間，自清潔涂層的太陽能反射率下降了5%～10%，而傳統(tǒng)涂層的反射率下降了20%～23%。

2.3 熱輻射率及影響因素

熱輻射率（TE）是熱輻射體在半球方向上的輻射出射度與處于相同溫度的全輻射體（黑體）的輻射出射度之比值，TE越高，對(duì)外輻射能量的能力越強(qiáng)，其主動(dòng)降溫的能力越強(qiáng)。

物體表面的發(fā)射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況，材料的熱輻射是其內(nèi)部分子振動(dòng)引起偶極矩變化產(chǎn)生的。根據(jù)振動(dòng)對(duì)稱性選擇定律：分子振動(dòng)時(shí)對(duì)稱性越低，偶極矩的變化越大，其紅外輻射就越強(qiáng)。由于陶瓷材料是多原子物質(zhì)，而多原子在振動(dòng)過程中易改變分子的對(duì)稱性，因此許多陶瓷材料具有較高的紅外發(fā)射率。地球大氣層中的二氧化碳、水蒸汽、臭氧等對(duì)處于8～13.5 μm的熱輻射吸收和反射能力很弱，這個(gè)波段內(nèi)的熱輻射透過率很高，稱之為“紅外窗口”，一般認(rèn)為金屬材料粗糙表面比光滑表面具有更高的發(fā)射率，而非金屬電介質(zhì)材料的表面粗糙度對(duì)于熱輻射率的影響不大。基于Stefan-Boltzmann定律，熱輻射率與溫度的4次方成正比，溫度越高其輻射率越大。因此選取遠(yuǎn)紅外區(qū)域熱輻射率較高的顏填料是提高隔熱涂層熱輻射能力的關(guān)鍵。

紅外輻射填料一般是金屬氧化物的復(fù)合物或碳化物以及一些硅鋁的氧化物（陶瓷粉、云母粉等），最大輻射波段在2.5~12 μm，常用的輻射填料有 Fe2O3、MnO2、NiO、Cr2O3、SiO2、Al2O3等。稅安澤等[17]以 MnO2為主要原料，輔以 Fe2O3、CuO、Co2O3、堇青石制備了高發(fā)射率紅外輻射涂料，在整個(gè)紅外波段范圍內(nèi)具有很高的發(fā)射率，尤其是在2.5~5 μm范圍內(nèi)發(fā)射率接近于黑體。

3 隔熱涂料的研究與應(yīng)用

3.1 建筑及金屬表面隔熱涂層

目前我國建筑物絕大多數(shù)是非節(jié)能型建筑，單位建筑面積采暖能耗高達(dá)氣候條件相近的發(fā)達(dá)國家新建建筑的3倍。并且近年來鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)廠房以及臨時(shí)性建筑越來越多，在夏季，需要耗費(fèi)大量能源降溫，對(duì)于某些石油化工儲(chǔ)罐、管道和露天的反應(yīng)釜，高溫也會(huì)帶來潛在的生產(chǎn)事故隱患和過多的能源浪費(fèi)，因而隔熱涂料在建筑行業(yè)及金屬表面應(yīng)用最為廣泛。

李小兵等[18]以水性聚氨酯為成膜物，以滑石粉、絹云母、金紅石型二氧化鈦及空心玻璃微珠為隔熱功能填料制備了一種水性納米復(fù)合建筑隔熱涂料，當(dāng)絹云母用量為10%，空心微珠用量為5%，金紅石鈦白粉用量為6%，涂刷厚度為400 μm時(shí)，達(dá)到最佳隔熱效果，隔熱溫差可達(dá)14℃。Ye C等[19]通過劇烈攪拌在中空聚合物微球（LHPM）上包覆一層納米TiO2，以其為主要填料并搭配硅氧烷丙烯酸樹脂，制備出的建筑隔熱涂層導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)0.1687 W/（m·K），反射率為87.3%，隔熱溫差為5.8℃。

Zhang D等[20]基于環(huán)氧防護(hù)底漆和隔熱面漆，開發(fā)了用于金屬表面的雙層水性涂料體系并研究了空心微珠對(duì)涂層阻隔性能和隔熱性能的影響，通過EIS測(cè)試和鹽霧試驗(yàn)表明，空心微珠（HGM）的添加產(chǎn)生了水滲透顆粒/樹脂界面的路徑，因此顯著降低了涂層的抗腐蝕性能，由于HGM的密度小，使用較多的HGM時(shí)具有較高的阻隔性能，采用20 μm的HGM表現(xiàn)出最佳的絕熱性，平衡溫度比空白樣低約10℃。

3.2 彩色隔熱涂層

為獲得較優(yōu)的隔熱效果，大部分研究者選用TiO2作為主要反射填料，因此隔熱涂層以淺色居多，一方面難以滿足人們的色彩需求，另一方面廣泛的白色涂層會(huì)給人以視覺眩暈感，因此兼具彩色與隔熱功能的涂層在美觀需求上極具意義。

現(xiàn)今彩色隔熱涂層分為兩類，一種是將高近紅外透射率彩色面漆涂于高太陽反射率的基板或者底漆上，從而獲得高太陽反射率的彩色隔熱涂層。Song Z等[21]選取了鉻鐵棕顏料與滑石粉、SiO2等填料與丙烯酸乳液配成具有高近紅外透射率冷棕色面漆。通過測(cè)量其在白色底涂層和不同基板上的反射率發(fā)現(xiàn)：其近紅外和太陽反射率隨著基板或底層的近紅外和太陽光反射率增加而增加，并隨著白色底涂層的厚度而增加。

另外在兼具彩色的同時(shí)還追求自潔等功能性，Xue X等[22]以苯乙烯-丙烯酸乳液為成膜物，Cromophtal Orange與辛基三乙氧基硅烷改性的的TiO2與CoAl4O4為功能填料，制備了一種超疏水自潔橙灰色熱反射面漆，與白色底漆復(fù)合使用。結(jié)果表明，該面漆接觸角為150°左右，老化對(duì)超疏水性與反射率均有影響，可通過砂紙打磨以恢復(fù)性能，在夏季與混凝土相比最高溫差可達(dá)23℃。

另一種是將著色顏料以沉積或混合的方式來獲取顏色。Jiang L等[23]將補(bǔ)色和白色顏料混合復(fù)配得到了較高太陽反射率的冷灰色涂層。倪正發(fā)和郭宇[24]將純丙乳液與苯丙乳液相搭配，鐵鉻黑及紅外反射顏料為主要顏料，制成彩色太陽熱反射涂料，與炭黑顏料相比，近紅外波段的反射比明顯增大。

3.3 透明隔熱涂層

建筑物門窗玻璃耗散的能量約占建筑總能耗的2/3以上，各研究者先后研制了真空玻璃、低輻射鍍膜玻璃等玻璃節(jié)能產(chǎn)品，但由于可見光透過率差，價(jià)格高等原因，限制了其應(yīng)用，透明隔熱玻璃涂料是提高玻璃節(jié)能性能的重要新型方式之一，該體系是一種高透光性樹脂嵌入導(dǎo)電氧化物納米粒子形成的聚合物薄膜。納米粒子的選擇包括銻摻雜氧化錫（ATO），錫摻雜氧化銦（ITO），鋁摻雜氧化鋅（AZO）和氟摻雜氧化錫（FTO），ATO納米粒子被普遍選擇，其對(duì)紅外光有很好的屏蔽性，并且可見光透射率可達(dá)70%～80%。

Qu J等[25]以水性硅氧烷乳液為成膜劑，KH570改性的納米摻銻氧化錫粒子（ATO）為功能填料，制備了一種透明隔熱涂料并研究了其隔熱機(jī)理，結(jié)果表明隨著ATO含量的增加，其透射率及反射率均降低，涂膜表面溫度升高，通過隔熱溫差測(cè)試，涂膜表面與空白板的溫差增大，說明其隔熱效果不應(yīng)歸因于近紅外反射，而應(yīng)歸因于近紅外吸收，當(dāng)ATO含量為10%，干膜厚度為5 μm時(shí)，溫差可達(dá)8.3℃。

Li N等[26]研究了影響納米ATO粒子分散性的各種因素，結(jié)果顯示，pH值、分散劑種類及用量、研磨時(shí)間對(duì)ATO懸浮液的穩(wěn)定性影響較大，pH值在6~10、聚丙烯酰胺和聚磷酸鈉可顯著提高ATO懸浮液的穩(wěn)定性。Wu K等[27]制備了水性聚氨酯-丙烯酸酯（WPUA）和銻摻雜錫（ATO）復(fù)合材料，使用3-甲基丙烯酰（MPS）對(duì)ATO納米粒子改性，然后通過溶膠凝膠法合成WPUA-ATO雜化乳液，最后通過UV固化制備成隔熱膜，結(jié)果表明，ATO納米粒子具有很好的分散性，并對(duì)紅外波段具有非常高的屏蔽性，當(dāng)ATO用量為3%時(shí)，復(fù)合膜與空白樣溫差達(dá)到10℃，可見光透過率高達(dá)84%。

3.4 智能隔熱涂層

具有動(dòng)態(tài)光學(xué)特性的涂層可以根據(jù)環(huán)境溫度或太陽輻照強(qiáng)度改變其反射率，從而在夏季用作隔熱涂層，而冬季用作吸熱材料，因此在改善室內(nèi)舒適度上具有更大的優(yōu)勢(shì)，隨之智能隔熱涂層應(yīng)運(yùn)而生，但是其更適用于冬夏季溫差明顯的地域。

智能隔熱涂層可分為2類，一類是通過顏色的可逆轉(zhuǎn)變對(duì)太陽能反射率產(chǎn)生變化，這種可逆轉(zhuǎn)化基于膠囊結(jié)構(gòu)的有機(jī)染料混合物，其主要成分是：成色劑，決定著色狀態(tài)的材料顏色；顯色劑，通常是允許可逆變色的弱酸并決定最終產(chǎn)物和溶劑的顏色，其熔點(diǎn)控制著轉(zhuǎn)變溫度。低于熔點(diǎn)時(shí)，熱變色顏料在溶劑的固體狀態(tài)下呈著色態(tài)，這種狀態(tài)下成色劑通過離子絡(luò)合物與顯色劑相互作用，高于熔點(diǎn)時(shí)，則成色組份被分離，從而相互作用減弱導(dǎo)致顏色的消失；光降解是該類熱變色材料的主要問題，與太陽輻射的相互作用引起聚合物的斷裂或交聯(lián)，從而喪失了可逆熱變色的能力。Zheng S等[28]將熱變色染料（BW100）與TiO2等填料復(fù)配成丙烯酸隔熱涂料，在涂層中發(fā)生可逆的熱變色行為（20℃為黃色，30℃為白色），并且無色相比有色相顯示出更高的太陽能反射率（最多相差0.08），通過Energy Plus軟件數(shù)值模擬表明當(dāng)加入10%TiO2時(shí)和5%的BW100時(shí)，其具有最佳節(jié)能效果。

另一類為基于VO2的熱致變色（TC）透明薄膜，TC薄膜在較低溫度下處于單斜狀態(tài)（冷態(tài)）,在近紅外（NIR）區(qū)域反射較少，當(dāng)溫度高于某一點(diǎn)時(shí)，TC材料的性質(zhì)由單斜變?yōu)榻鸺t石從而在NIR區(qū)域有較高的反射率，最常用的制備方法是物理氣相沉積，溶膠-凝膠技術(shù)和化學(xué)氣相沉積。雖然通過摻雜不同的納米顆粒可以解決部分不足，例如鎢降低了轉(zhuǎn)變溫度，氟增加了可見光透射率，二氧化鈦增加了薄膜的自潔性和機(jī)械強(qiáng)度。但是其在單斜晶和金紅石2種狀態(tài)下涂層的低可見光透射率和低節(jié)能效率仍然是它商品化的關(guān)鍵掣肘[29]。

目前智能隔熱涂層還處于一個(gè)嶄新的階段，其展示出了極大的節(jié)能潛力，但仍存在一些不足，例如冷態(tài)與吸熱狀態(tài)時(shí)的反射率差不明顯，耐老化性差等，這將是未來研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)語

隨著對(duì)隔熱涂料的基礎(chǔ)研究和新型功能隔熱材料的發(fā)展，有望進(jìn)一步提高隔熱涂層的隔熱效果并完善實(shí)現(xiàn)其多功能性；在隔熱涂層與機(jī)械表面的界面相容性上、新型隔熱功能填料如真空陶瓷微珠、耦合熱變色與自清潔等功能、提高PCM相變材料的熱容量及使用壽命及智能隔熱涂層的光學(xué)穩(wěn)定性等方面還需要進(jìn)行大量工作，從而得到兼具審美需求、智能化與優(yōu)異節(jié)能效果的復(fù)合功能隔熱涂層。