近期，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所李煒研究員團隊在《Science Advances》發表了題為 “Longwave-transparent low-emissivity material”的研究論文。團隊提出了一種普適性全電介質長波透明低發射率設計方法，研發了長波透明低發射率材料（LLM），突破了傳統低發射率材料在紅外隔熱保溫與長波信號傳輸之間無法兼顧的固有瓶頸，實現了米級大面積制備，為智能建筑、冷鏈物流、無線通信融合應用提供了核心材料支撐。
低發射率（low-e）材料是建筑、冷鏈、交通運輸等領域減少輻射熱損耗、節約能源的關鍵材料。物體熱量會以紅外輻射的形式向外散失，低發射率材料能夠高效反射紅外熱輻射，減少熱量的輻射傳遞，從而在冬天減少室內熱量外流、夏天阻擋室外熱量進入，實現高效保溫隔熱。然而，現有低發射率材料均依賴金屬組分，其本征的德魯德色散特性會嚴重衰減無線通信、射頻識別（RFID）、太赫茲等長波信號，導致節能建筑信號屏蔽、冷鏈包裝無法實現無線射頻識別與無創安檢等問題。傳統設計難以同時實現低紅外發射率與高長波透過率，成為長期制約其在智能場景應用的技術瓶頸。
長波透明低發射率材料概念與設計原理圖
長波透明低發射率材料設計原理
本研究建立了基于全電介質光子散射的通用設計策略，摒棄傳統金屬反射層，采用紅外透明電介質微顆粒（研究中以海水淡化副產氯化鈉微顆粒作為典型示例），通過米氏散射效應實現高效中紅外反射，從而獲得低發射率隔熱性能；同時，材料整體呈現為長波電磁波的均勻透明介質，徹底避免金屬帶來的信號衰減，實現“隔熱與透波”雙重目標。
全電介質體系實現高效隔熱與超寬帶透波
為在保留低發射率的同時確保長波信號通暢，團隊構建了多散射體全電介質復合體系：將尺寸優化的低損耗紅外透明電介質微顆粒（如 NaCl、MgF?、BaF?等）分散于柔性高分子基體（SEBS），并采用納米多孔聚乙烯（NanoPE）封裝。該結構在太陽至中紅外波段吸收近似為零，既通過微顆粒散射實現強紅外反射，又對長波電磁波保持高透過率，突破了金屬材料的性能限制。同時，材料經封裝后具備優異的環境穩定性與機械耐久性，可長期作為建筑圍護結構、冷鏈包裝等使用場景的隔熱層，滿足實際應用需求。
長波透明低發射率材料規?；苽渑c性能測試
規模化制備與性能驗證
基于刮涂法實現規?；圃?，團隊成功制備出 2 m×0.2 m 的大面積 LLM 薄膜。該薄膜表現出94.4% 的太陽反射率和85.2% 的中紅外反射率，在 100 kHz 至 1.6 THz 超寬帶范圍內透過率超過 80%，全面覆蓋 5G、Wi?Fi、GPS、藍牙、微波爐加熱及太赫茲通信波段。實測結果顯示，LLM 相比商用白漆節能最高達41.1%，相比傳統低發射率材料節能10.2%，在冷熱環境下均保持穩定的隔熱性能，且無線與太赫茲信號傳輸幾乎無損耗。
長波透明低發射率材料隔熱性能測試
技術突破解鎖多場景跨界應用
依托該創新方法與材料體系，研究團隊成功驗證了多項此前難以實現的跨界應用：在微波爐加熱場景中，傳統金屬隔熱膜會屏蔽微波導致無法正常加熱，而該類材料可讓微波順利穿透，在保持優異隔熱效果的同時提升加熱效率，且容器表面不會出現過熱發燙現象；在節能建筑領域，可在實現墻體保溫隔熱的同時，保障 5G、毫米波等高速無線信號無障礙穿透傳輸；在冷鏈物流環節，能夠讓保溫包裝在維持低溫的前提下，完成 RFID 無線追蹤與太赫茲無創安檢；在無線能量傳輸與熱管理方面，可同時滿足電子設備、航天器等裝備的隔熱防護與無線充電需求。此外，該類材料全電介質無金屬的特性，使其還能安全應用于藥品、生物樣品等輻射敏感物品的檢測場景。
LLM的無線通信（24GHz通信系統）與能量傳輸性能演示
綜合應用：冷鏈物流中的無線識別和太赫茲安檢探測
本研究得到國家自然科學基金、中國科學院國際伙伴計劃等項目的支持。長春光機所李煒研究員、李龍男研究員及東南大學崔鐵軍院士為本文的通訊作者，長春光機所博士研究生張玥、李龍男研究員和東南大學戴俊彥教授為本文的共同第一作者，上海理工大學朱亦鳴教授、東南大學程強教授、武漢紡織大學徐衛林院士等對本工作給予了重要指導幫助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb8872
