一项由阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）和阿卜杜勒阿齐兹国王科技城（KACST）合作开展的新研究表明，纳米材料在降低发光二极管（LED）路灯的碳排放方面具有至关重要的作用。研究团队估计，如果在美国应用这项技术，那么二氧化碳排放量将减少一百多万公吨。

这项关键创新是一种名为纳米聚乙烯（nanoPE）的纳米材料，它能提高发光二极管（LED）表面的热辐射，有助于降低其工作温度。LED本身会产生热量，而温度升高会损坏其内部电子设备并缩短其使用寿命。事实上，LED所消耗的能量中约有75%最终都以热能的形式散失了。纳米聚乙烯可通过减少热量积聚来改善LED的性能和延长其使用寿命，同时大幅降低能耗相关排放。

研究负责人、沙特阿卜杜勒阿齐兹国王科技大学（KAUST）乔强干教授说：“发光二极管（LED）是首选光源，因为其效率和寿命都很优越。但对其进行小幅改进也可以使其性能得到更大提升，而这对于可持续性发展而言意义重大，因为即便只是小幅改进，一旦处处得以应用，也会产生巨大影响。”干补充道。他还说，照明约占全球年耗电量的20%，占全球温室气体排放量的近6%。

朝可持续照明迈出的一步

该研究合作者、沙特阿卜杜勒阿齐兹国王科技城未来能源技术研究所总经理侯赛姆·卡西姆博士说：“我们的设计在维持高照明效率的同时，显著改善了发光二极管的冷却效果，有望成为沙特可持续照明的解决方案。”

传统的LED路灯将光线直接照射在待照明的物体上，因此指向地面。它们的设计还可以让热辐射滞留在LED内。另一方面，涂有纳米聚乙烯（nanoPE）的路灯则完全颠倒了方向，使其指向天空，远离待照明的物体。

产生这种反转的原因是，纳米聚乙烯（NanoPE）的设计使得热辐射最强的红外线能够穿透它，而可见光则被反射。研究表明，涂有纳米聚乙烯的LED路灯发出的红外线中，超过80%会穿透纳米聚乙烯并继续射向天空。相比之下，发出的可见光中超过95%会被纳米聚乙烯反射回地面，照亮下方区域。

纳米聚乙烯（NanoPE）以聚乙烯为基础，聚乙烯是世界上产量最大的塑料。为了制造出一种能反射低波长光（可见光）但能通过高波长光（红外线）的纳米塑料，科学家们小心翼翼地在塑料中制作出30纳米左右的孔隙——大约是人的头发丝厚度的千分之一——并将其拉伸、改造成更薄的薄片。

参考文献：《Saichao Dang、Hasan H. Almahfoudh、Abdulrahman M. Alajlan、Hussam Qasem、Jiake Wang、Yingkun Zhu、Osman M. Bakr、Boon S. Ooi与Qiaoqiang Gan于2025年2月26日在《光：科学与应用》上发表的“LED路灯的天空冷却技术”》。DOI：10.1038/s41377-024-01724-7