零能耗降溫6.1℃！新型透明車窗膜讓汽車在烈日下自動散熱

炎炎夏日，經過陽光長時間暴曬的汽車座艙往往會變成一個“大烤箱”，打開車門瞬間涌出的熱浪是許多駕駛者避之不及的“痛苦”體驗。為了快速降溫，車載空調往往需要滿負荷運轉，這不僅消耗大量燃油或電量，也嚴重縮短了電動汽車的續航里程。

圖 | 看到照片都感覺身上熱熱的（來源：Unsplash）

現有的降溫汽車貼膜或鍍膜技術，大多停留在“阻擋”外部熱量進入的階段，卻對車內已經積聚的熱量束手無策。近期，一種新型“零能耗”車窗薄膜技術或將為解決這一夏日出行痛點提供全新的物理學方案。

近日，韓國首爾大學（SNU）機械工程系的 Seung Hwan Ko 教授團隊、美國麻省理工學院（MIT）陳剛（Gang Chen）教授團隊，聯合現代汽車與起亞汽車的工程師團隊，結合光學與納米工程，設計出一款新型多層薄膜。

將其貼在車窗，它就可以像“隱形空調”一樣，在保證高透光率的前提下持續為車廂散熱，同時還不消耗任何電能。研究論文已經發表在英國皇家化學學會旗下頂級期刊《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上。

被忽視的座艙“溫室效應”，成了電動汽車的能耗黑洞

汽車玻璃與地球大氣層在熱力學原理上有些類似：二者都對短波的可見光高度透明，卻對長波的熱輻射（紅外線）形成阻擋。陽光穿透車窗進入車廂，加熱內飾、座椅、儀表盤等各種材料；這些被加熱的物體隨即以熱輻射形式放熱，但由于車窗阻擋，熱量無法逸散，由此形成溫室效應，使車內溫度迅速升高。

在極端情況下，車內空氣溫度比外界環境高出 20 至 30°C 的情況相當普遍；在中東、南亞等熱帶地區，實測車內氣溫最高可突破 67°C。這種高溫會對車內人員安全構成直接威脅：兒童或寵物被遺忘在高溫車內致死的案例并不罕見。而且還會導致內飾材料加速老化，釋放苯等揮發性有機物，損害車內空氣質量。

對駕駛體驗而言，暴曬后的高溫讓駕駛員進入車內后，不得不將空調調至最強檔運轉，而且需要很長時間才能將車內溫度降至舒適區間。過程難熬不說，還消耗了大量能源。對于已經較為普及的電動汽車而言，這一問題尤為突出，續航里程甚至會因此縮短近兩成。

目前，市面上主流的汽車隔熱方案主要有兩種：低輻射（Low-E）涂層和傳統的隔熱防爆膜。Low-E 涂層通常是在玻璃表面沉積一層極薄的金屬（如銀），以此來減少熱傳遞；后者則通過反射或吸收部分太陽能來發揮作用。

圖 | Low-E 涂層玻璃的構成和原理（來源：APRO）

然而，這些傳統方案存在一個共同短板：它們的作用機制是“單向”的。它們確實能夠部分阻擋外部太陽輻射進入車內，但對于已經穿透車窗、被車內座椅和內飾吸收并轉化為熱能的熱量，這些薄膜往往會起到“保溫罩”的反作用，無法有效散發車內已經積聚的熱量。

“零能耗”黑科技：四層結構實現被動散熱

為了克服這一局限，輻射制冷技術成為近年來備受學術界和產業界關注的方向。其原理在于，地球大氣在波長約 8 至 13 微米的中紅外范圍內存在一個“大氣透射窗口”，處于這一波長范圍內的熱輻射可以直接穿透大氣層，逃逸至外太空。地球表面溫度約為室溫的物體，恰好在這一波段具有較強的熱輻射，從而可將熱量“傾倒”至宇宙空間，，從而實現無需電力的被動降溫。

（來源：AI 生成）

數百年前，中東、北非和印度等地區的人們就知道利用輻射制冷效應：在晴朗夜晚將盛水的淺槽暴露于天空，即便環境氣溫從未低于冰點，水也會結冰。

然而，絕大多數此前開發的輻射制冷材料都是不透明的，如白色涂料、陶瓷薄膜、金屬聚合物雙層膜等。這些材料可以應用于建筑屋頂、冷藏車廂外壁等場合，卻無法用于需要保持良好視野的車窗。

車窗是車輛熱量輸入的主要通道，也是排出車內積熱的潛在通道。要在保持高度透明的前提下，同時實現對太陽近紅外輻射的反射和對車內熱量的中紅外輻射排放，在光學材料設計上是一項極具挑戰性的任務。

但這次，研究人員通過精密的納米制造技術和材料科學，成功在“透明度”與“散熱性”之間找到了完美的平衡，研發出一款名為可規模化透明輻射制冷薄膜（STRC）的多層結構材料，它采用四層結構，在單一材料體系中同時實現了三種不同波段的光學功能。

首先，薄膜保持了超過 70% 的高可見光透過率，這滿足了全球大多數國家對于汽車玻璃（尤其是前擋風玻璃）的法規要求，確保了駕駛者的視線清晰與車內采光。

由于太陽輻射中的大部分熱量集中在近紅外波段，該薄膜能夠像鏡子一樣，選擇性地將這部分產生熱量的太陽光反射出去，從源頭上減少熱量輸入。

對于已積累在車內的熱量，STRC 薄膜還有一個區別于傳統隔熱膜的核心功能：中紅外發射。它能將車內物體散發的熱量，高效地轉化為中紅外輻射散發到車外環境中，直接實現被動散熱。

（來源：https://doi.org/10.1039/D5EE06609C）

走出實驗室：嚴苛的全球真車實測

為了在真實環境中驗證這一技術的有效性，研究團隊將 STRC 薄膜安裝在真實的轎車車窗上，選擇了韓國、美國和巴基斯坦這三個具有不同氣候特征的地區，并在夏季/冬季、車輛靜止停放/動態行駛等多元場景中進行了系統性的實車性能評估。

結果顯示，由于車內初始溫度大幅降低，且薄膜持續被動散熱，車輛啟動空調后的制冷能耗減少了 20% 以上。

對于車友們最關心的車內溫度，基于真車數據的模擬顯示，在夏季暴曬環境下，配備 STRC 薄膜的車輛，其座艙內部溫度最高可降低 6.1°C。開啟空調后，車內達到人體熱舒適標準所需的時間縮短了約 17 分鐘，極大地改善了駕乘體驗。

一個常被提及的疑問是：在夏季高效散熱的技術，到冬季是否同樣會導致車內溫度過低，從而增加暖氣能耗？研究團隊也對此進行了嚴謹的季節性評估。數據顯示，該薄膜在冬季確實會因紅外發射產生極微小的熱量流失，導致供暖需求增加約 0.3%。但從全年來看，這一微小的“冬季損耗”會被夏季巨大的節能收益徹底覆蓋。

研究通訊作者、首爾國立大學 Seung Hwan Ko 教授也表示：“這是首次通過實驗證明，透明輻射制冷技術可以有效應用于真實的車輛環境?！?/p>

（來源：https://doi.org/10.1039/D5EE06609C）

助力交通脫碳，相當于抵消 500 萬輛燃油車排放

在汽車行業加速向電動化邁進的背景下，空調系統的能耗直接關系到電動汽車（EV）的續航里程。STRC 薄膜不僅能在不增加電池系統復雜性和成本的前提下延長車輛續航，更能產生巨大的宏觀環保效益。

基于真實市場推演一下：美國目前約有 2.8 億輛注冊乘用車，每年因交通運輸產生的 CO?排放總量約為 19 億噸。如果將這項技術應用于美國所有的乘用車，每年預計可減少約 2,540 萬噸的二氧化碳排放。這一減排量，相當于直接從道路上消除了約 500 萬輛燃油汽車。

（來源：https://doi.org/10.1039/D5EE06609C）

在 STRC 的全名中，“可規模化”（Scalable）是關鍵詞之一。論文明確強調，該薄膜的制備工藝具備大面積制造能力，可滿足從單輛車輛應用到工業規模量產的需求。其潛在應用場景也并不局限于汽車行業。未來，該技術有望延伸至建筑玻璃幕墻、智能窗戶等領域。在建筑節能領域，類似的透明輻射制冷窗膜若能大規模推廣，對于降低夏季空調能耗、緩解城市熱島效應同樣具有重要價值。

目前，該發明的發明人已提交了韓國專利申請。研究團隊正在探索規模化制造技術的進一步優化、與不同車型玻璃的兼容性集成方案等。隨著傳感器技術和智能材料的發展，團隊還計劃將 STRC 薄膜與自適應涂層、智能傳感器進行融合，讓這種不插電的“智能車窗”實現對不同季節和氣候條件的動態響應，進一步提升全年綜合節能效果。

參考資料：

https://eng.snu.ac.kr/snuEng/bbs/BMSR00005/view.do?boardId=6387&menuNo=200152

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ee/d5ee06609c

排版：劉雅坤