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降溫“塑料膜”可將外太空變成地球廢熱垃圾場(chǎng)

2019-11-19

這是一種50微米厚的塑料膜,普通的塑料膜,里面包裹著(zhù)普通的、但是直徑為8微米的玻璃珠子。它被媒體稱(chēng)為“不插電不耗油就能給地球降溫”的材料。
  
  玻璃本就是很好的紅外輻射材料,當把它做成微小的、肉眼幾乎看不見(jiàn)的玻璃球后,其紅外熱輻射變得更為強烈,甚至比玻璃本身的熱輻射能力超出一個(gè)數量級。這些長(cháng)波段(8—14微米)的紅外輻射,可以躲過(guò)地球大氣的圍追堵截,去往太空?!?/span>

 
  這種降溫材料誕生在美國科羅拉多大學(xué)的實(shí)驗室。兩位華裔教授楊榮貴和尹曉波是它的主要發(fā)明人。2月9日,相關(guān)論文在《自然》上在線(xiàn)發(fā)表。
  
  近日,楊榮貴和尹曉波教授接受了記者的專(zhuān)訪(fǎng),回答了很多人的疑問(wèn)——“有這么神奇嗎?”
  
 -- 把外太空變成地球廢熱的垃圾場(chǎng)
  
  熱會(huì )從高溫向低溫傳遞,任何絕對溫度不為零的物體,都會(huì )向周?chē)目臻g輻射能量。相比地球,外太空是一個(gè)絕佳的熱量垃圾場(chǎng)——它寒冷,而且廣袤無(wú)垠。
  
  “熱的傳遞有三種方式,對流、傳導和輻射?!睏顦s貴解釋說(shuō),輻射是唯一一種不需要中間介質(zhì)的熱傳遞方式。但是,要借助輻射把廢熱準確扔進(jìn)宇宙垃圾場(chǎng),還需要一樣東西幫忙,即“地球大氣窗口”。
  
  地球大氣對大部分電磁波輻射“嚴加防守”;但對一小部分卻“高抬貴手”,特定波段的電磁波輻射可以逃過(guò)大氣的“反射”“吸收”和“散射”,直接穿透大氣,抵達太空。也就是說(shuō),對某些波段(8—14微米)的電磁輻射來(lái)說(shuō),大氣是透明的。
  
  所以,如果有一種材料,能夠將熱量轉化為這一特定波段的電磁波,熱量垃圾就能離開(kāi)地球,并且一去不回。
  
  --把科學(xué)概念變成可用技術(shù)
  
  楊榮貴和尹曉波發(fā)明的這種降溫“塑料膜”,是一種新型復合“超材料”。所謂超材料,是指依靠特殊的結構,讓材料呈現出天然材料所不具備的超常甚至反常物理性質(zhì),比如說(shuō)“隱身”和“隱聲”材料。
  
  楊榮貴和尹曉波發(fā)明的這種新穎的超材料能向外發(fā)射8—14微米波長(cháng)的電磁波,而且輻射率最高可以達到95%。這一波長(cháng)的輻射可以輕松穿過(guò)地球大氣紅外窗口,抵達太空。
  
  如果在“塑料膜”的背后再鍍上一層薄薄的金屬膜,則可以反射太陽(yáng)光,進(jìn)一步提升其制冷效果。實(shí)驗顯示,該材料在中午陽(yáng)光直射下,具有最高可達93瓦特/平方米的輻射制冷功率,讓與它直接接觸的物體降溫10到16攝氏度。
  
  依靠熱輻射給物體降溫的想法,在學(xué)界早已存在。斯坦福大學(xué)范汕洄研究團隊,也在這一領(lǐng)域做過(guò)諸多嘗試。2014年,他們曾經(jīng)研發(fā)出一種輻射制冷納米光學(xué)材料,也有不錯的降溫效果。但這種材料對生產(chǎn)條件要求苛刻,成本過(guò)高,難以大規模推廣應用。
  
  “我們的論文之所以能夠引起這么大反響,關(guān)鍵在于我們的光學(xué)超材料的結構非常簡(jiǎn)單,制作工藝也不復雜?!币鼤圆ㄌ寡?,他和楊榮貴算是“科學(xué)家中的工程師”,做的事情,是將聽(tīng)起來(lái)頗為高大上的科學(xué)概念,變成可能投入使用的技術(shù)。
  
  據介紹,目前實(shí)驗室已經(jīng)有了成型的材料生產(chǎn)線(xiàn),可以以5米/分鐘的速率對300毫米寬的材料進(jìn)行產(chǎn)出。
  
 -- 建一條通道,開(kāi)一個(gè)腦洞
  
  那么,材料究竟該怎么用呢?
  
  楊榮貴笑稱(chēng),幾乎所有采訪(fǎng)他們的科技媒體,都會(huì )問(wèn)到這一問(wèn)題。但是,它又不是一兩句話(huà)就能解釋清楚的。
  
  “主要看你拿它來(lái)冷卻什么了?!庇械奈矬w,可以直接“貼膜”降溫,有的物體,還需重新設計相關(guān)的熱系統配合薄膜使用。實(shí)際上,科研人員研發(fā)出的降溫塑料膜,不是一個(gè)立等可取、拿了就用的“空調”,它更是一種降溫的解決方案?!皬目蒲谐晒缴虡I(yè)化產(chǎn)品,中間步驟復雜。這種材料有廣闊的應用領(lǐng)域,但還要針對不同的使用場(chǎng)景進(jìn)行不同設計?!睏顦s貴說(shuō)。
  
  外界對此材料報以熱切的關(guān)注。論文發(fā)表后,兩位教授收到了來(lái)自全球的數百封郵件,來(lái)自南非、新加坡和阿聯(lián)酋的“代理”已經(jīng)迫不及待伸出了橄欖枝。楊榮貴覺(jué)得下一步要思考的是“怎么用”的問(wèn)題。對商業(yè)化的合作請求,他們保持了審慎的態(tài)度。
  
  “有時(shí)候想想,如果地球和外太空能夠通過(guò)熱輻射連起來(lái),就有了很多新的可能?!币鼤圆ㄕf(shuō),這項研究或許也能給學(xué)界啟發(fā),讓更多科研人員思考。這也算是“開(kāi)了一個(gè)腦洞”,讓科研人員找到利用外太空的更多可能性,“或許以后還能誕生很多我們現在沒(méi)法想象的應用”。


文章來(lái)源:易塑網(wǎng)

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