台灣指考狀元徐伯均在美國發表「液態固態薄膜」建築外皮,調節溫度不耗電

台灣指考狀元徐伯均在美國發表「液態固態薄膜」建築外皮,調節溫度不耗電

芝加哥大學普利茲克分子工程學院(PME, University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering)的研究人員設計了一種類似變色龍的建築材料,它可以根據外部溫度改變其紅外顏色以及吸收或釋放熱量的程度。炎熱時,這種材料可以發散出它所包含的高達92%的紅外熱量,幫助冷卻建築物內部。然而,在較冷的天氣裡,這種材料只發散7%的紅外線,幫助建築物保持溫暖。

液態固態薄膜輕鬆切換 1,800 次

如何不用太多電源、不影響建築外觀,讓建築冬暖夏涼?徐伯均在美國研發出的「電致變形材料」,可以讓銅顆粒輕鬆在液態與固態之間切換,或許能成為新一代的綠建築材料,減少建築能耗。

芝加哥大學PME研究團隊(University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering)開發出的變形材料,由不容易起火的材料層層組成,包括聚氨酯薄膜、石墨烯片和金網格,其中的關鍵則在於水性電解質和銅顆粒。

當材料處於加熱模式時,銅顆粒會沉積在薄膜上,形成一層可以吸收日照熱能的固態層,若要進入冷卻模式,則只要低電流通過即可,顆粒就會在電解質中分散開來,變成液態模式,反射太陽的紅外熱量。

徐伯均研發智慧材料,無需使用大量能源就讓建築物恆溫

經過團隊測試,材料可順利來回切換 1,800 次,芝加哥大學PME研究團隊主持人徐伯均(Po-Chun Hsu)助理教授表示,就像人冷的時候可以加一件衣服保暖、熱的時候再脫下,新的智慧材料有望成為建築材料,讓我們無需使用大量能源,讓建築物保持恆溫。

電致變形材料跟電致變色材料有點相似,後者則常見於窗戶薄膜跟太陽眼鏡。研究人員發現,當材料處於固態加熱模式時,能保留接觸到的 93% 的紅外能量,冷卻模式則能反射高達 92% 能量。

研究人員表示,由於只要低電流就能在固態與液態模式來全切換,可節省建築物暖通空調(HVAC)成本高達 8.4%。徐伯均指出,對於不需要經常切換的建築物來說,實際上使用的電量可以忽略不計。

另外,材料在固態模式為銅金屬色系,在冷卻模式下則是透明的,可以顯示底層的顏料,因此材料除了有溫度調節優勢,也會變成建築設計元素的一環。

目前研究人員已經製造出大約 6 公分寬的材料塊,而且也可以透過屋頂版的格局,輕鬆擴大覆蓋範圍。團隊下一步是提高材料在被動熱控制方面的價值,在液態跟固態切換時有新的應用。

徐伯均(Po-Chun Hsu)簡介

主導研究的徐伯均(Po-Chun Hsu)來自台灣,曾經是指考狀元,就讀建中期間從來沒有補習,還當上了熱舞社社長,2003年他指考5科考了473.53分,很有機會考上台大電機,但由於他對材料工程很感興趣,最後他選擇考取錄取最低分數僅350分的清大材料系,在當時上遍了各大新聞媒體。

徐伯均在2010年獲得傅爾布萊特科技領域獎學金,前往美國史丹佛大學攻讀博士,2019年~2022年間在美國名校杜克大學(Duke University)任教,目前在芝加哥大學(University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering)任教,頭銜是「Assistant Professor of Molecular Engineering 」,可在Hsu Group網站上閱讀他的研究。

徐伯均曾經獲頒美國國家科學基金會CAREER獎(2022年)、Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Awards(2021年)、MIT Technology Review Innovators Under 35 China(2020年)和Sony Faculty Innovation Award(2019年),他在冷卻紡織品方面的博士論文被《Scientific American》選為改變世界的十大創意。他目前在Nano Letter(主席)和EcoMat的早期職業顧問委員會任職。