陳雨澤 副教授

陳泓如 研究生

國立成功大學材料科學及工程學系

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我們都需要更好的電池

如果有一種薄膜，把它鋪在建築物外牆或屋頂上，不用插電就能讓室內環境變涼，你會不會好奇它是怎麼做到的呢？
我們實驗室利用靜電紡絲技術製作出來的薄膜就有這樣的效果！
而讓薄膜降溫的魔法就是靠「被動日間輻射冷卻」這個原理。
不過什麼是「被動日間輻射冷卻」呢？
你可以把我們所製作的薄膜想成一個會反光又會散熱的魔法薄膜

 

薄膜的第一個祕密：會「反射」陽光

科學家說：「這塊薄膜最厲害的地方，是它不讓陽光有機會進來加熱。」
原來，太陽光的波段在0.3–2.5 μm之間，包含了紅外線和可見光，都是加熱的元兇。而這片薄膜的內部的結構經過精密的設計，就像一片大鏡子一樣，它能把不同波長的陽光都反射掉，不讓屋頂吸收進熱量。

 

薄膜的第二個祕密：會「偷渡」熱量到宇宙

「但反射只是防禦啊，怎麼降溫？」有人問。
科學家微笑著，指向天空：「宇宙，其實是個天然的冰庫。」
地球表面會向外輻射紅外線，在白天，大氣中的二氧化碳和水氣會吸收大多數紅外線，但有一個神祕的大氣窗口 (ATW) 它的波段在8–13 μm之間，這個範圍的熱輻射可以直接穿越大氣逃到外太空。
我們所製作的薄膜就專門針對這個窗口設計的！它在大氣窗口的範圍內輻射能力超強，能把物體表面的熱量以紅外線的形式偷運到太空裡，達成真正的「被動式降溫」，就像在烈日下開了一條秘密通道，把熱偷偷送走。

回收蚵殼與保麗龍：使用環保的輻射冷卻材料

台灣的西南海岸和澎湖地區為牡蠣主要產地，每年至少會產生16萬噸的蚵殼，且因為蚵殼不會自然分解，很多蚵殼會被丟棄，形成「蚵殼山」，對環境造成污染。蚵殼的主要成分是碳酸鈣 (CaCO₃) ，而碳酸鈣在紅外波段具有良好的熱輻射特性，因此經過處理後可以用來製作輻射冷卻材料。
除了蚵殼，養殖牡蠣的保麗龍 (PS) 也對環境造成困擾。保麗龍容易破損，會釋放出塑膠碎片，這些碎片成為海洋塑膠污染的來源，還可能變成微塑膠進入生態系統，對生物和人體造成威脅。因此，我們實驗室希望能夠將蚵殼及保麗龍重新利用，開發出低能耗的輻射冷卻材料，不僅解決環境問題，也能創造出有用的資源，為未來的環保和資源循環做出貢獻。

關鍵技術揭秘：靜電紡絲——讓廢棄物變身高科技降溫薄膜！

那這片神奇的薄膜又是怎麼做出來的呢？
關鍵就在於「靜電紡絲（Electrospinning）」這項技術！
靜電紡絲就像是在「用電的力量拉絲」。我們先把保麗龍用溶劑溶解成液體並加入蚵殼粉，然後用高電壓把液體噴出來，當液體受到電場的作用，就會被「拉」成非常細、非常長的奈米纖維。這些細纖維一層層堆疊，就能形成多孔又輕薄的膜，這樣的結構不但能反射陽光、幫助散熱，加入像蚵殼粉這樣的材料後，還能讓薄膜具有更強的輻射冷卻效果。

纖維薄膜製作流程圖

戶外實測：降溫效果大公開！

最後，我們利用戶外量測設備測試纖維薄膜在實際環境下的降溫效果。鋪有保麗龍及蚵殼粉製成之纖維薄膜相較於沒有鋪設纖維薄膜的環境溫度可降低約5 ~ 8 ℃，且最高有11 ℃的降溫，可見它在日間戶外環境下能有效降低吸熱並促進散熱。