在建筑物中使用透明屋顶和墙壁作为利用自然光、减少能源消耗的有效手段而受到广泛关注，并改善居住者的幸福感。在建筑设计中集成透明屋顶和墙壁具有许多优势，例如最大限度地利用日光和创造视觉上吸引人的空间。自然光已被证明对人类健康和生产力产生积极影响，从而改善舒适度和情绪。此外，透明的屋顶和墙壁通过减少对人工照明的需求来提高能源效率，从而在获得可持续建筑认证和满足严格的能源性能标准方面发挥着至关重要的作用。绿色建筑评级系统，例如能源和环境设计方面的领导地位，优先考虑采光策略的整合和自然光穿透的优化。

尽管透明屋顶和墙壁具有明显的好处，但传统的玻璃材料面临着固有的局限性。由阳光的直接透射或反射引起的眩光会导致不适、眼睛疲劳和视觉清晰度降低，这会严重影响生产力和整体幸福感，特别是对于在阳光过多或光线过亮的环境中工作的个人。由于传统玻璃的透明度，特别是在医院等具有敏感功能的建筑物中，隐私问题也随之而来。此外，夏季建筑物内部热量积聚过多的问题需要有效的热量控制机制，以确保热舒适的室内环境，特别是对于位于炎热、干旱、晴朗天气的建筑物。与普通建筑相比，具有透明屋顶和墙壁的建筑物为空调系统消耗更多的电力。

德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家开发了一种自清洁超材料，有可能取代墙壁和屋顶的玻璃。这种新型超材料不仅对光线更加透明，而且还能增加私密性，为室内降温，并能自动清洁。

该团队的这一成果被称为"基于聚合物的微光子多功能超材料（PMMM）"，它采用了薄膜的形式，可以贴在普通玻璃片上。它的特殊性能来自于其表面的微观结构，表面刻有金字塔图案，每个金字塔的宽度仅为 10 微米。

这些迷你金字塔能散射 73% 的光线，因此这种材料看起来像磨砂玻璃。尽管如此，这种材料的透光率竟然比普通玻璃还要高，达到 95%，而大多数玻璃的透光率只有 91%。研究小组表示，这不仅能为人们提供更舒适的照明，也能为植物提供更舒适的照明。

当这种材料被用于屋顶和墙壁时，它可以为工作和生活提供明亮但无眩光且隐私受到保护的室内空间，在温室中，高透光率可以提高产量，因为光合作用效率估计要比玻璃屋顶的温室高出 9%。

PMMM 最酷的能力是它能够将热量直接传送到外层空间，从而冷却房间。这听起来像是科幻小说中的情节，但这是一种经过充分研究的现象，被称为辐射冷却，它利用了地球大气层对红外线波长是透明的这一事实。测试表明，通过将宇宙作为一个巨大的散热器，这种材料能使房间保持比周围空气低 6 °C（10.8 °F）的温度。

PMMM的制造工艺。通过光刻和蚀刻制造具有倒微金字塔的硅模具。PMMM薄膜是通过刀片涂层在硅模具上浇注聚二甲基硅氧烷来制备的。b 小比例尺（3.2厘米）的照片2）和更大比例（42.2厘米）2）PMMM薄膜。c 光学特性（全局透射率τg，漫反射透射率τDIF的、全局反射率γg、漫反射率γDIF的，普通钠钙玻璃的发射率ε）。该图的背景是归一化的AM1.5 G太阳光谱。玻璃的平均全局透射率为92%，漫射透射率小于1%。在8-13 μm范围内显示一个显著的发射率谷。d PMMM薄膜在1毫米厚的钠钙玻璃基板上的光学特性。PMMM样品的平均全球透射率为95%，漫反射透射率高达73%。发射率（8-13μm）为~0.98，接近理想的黑体。e 0 至 35° 角度时 PMMM 的角透射率。角度 >40° 的透射率接近于零，因此在此图中不可见。f 测得的PMMM样品在500 nm波长下的极性透射率分布。透射光在 ±27° 以内漫射。g 关键绩效指标比较（τDIF的是玻璃和PMMM样品（测量结果）的可见光谱中的全局透射率。PMMM样品在直接透射率、漫反射透射率和发射率方面具有更好的性能。源数据以源数据文件的形式提供。

最重要的是，这种薄膜具有自洁功能。布满微小金字塔的表面能在水滴下保持一层空气，因此水滴会直接滚落，带走灰尘或污垢。从技术上讲，这使得它具有 152 度的超疏水接触角。

这种材料可以同时优化室内阳光的利用，提供被动冷却，减少对空调的依赖。该解决方案具有可扩展性，可无缝集成到环保型建筑建设和城市发展计划中。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。