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降溫“塑料膜”可將外太空變成地球廢熱垃圾場

2019-11-19

這是一種50微米厚的塑料膜,普通的塑料膜,里面包裹著普通的、但是直徑為8微米的玻璃珠子。它被媒體稱為“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數量級。這些長波段(8—14微米)的紅外輻射,可以躲過地球大氣的圍追堵截,去往太空。 

 
  這種降溫材料誕生在美國科羅拉多大學的實驗室。兩位華裔教授楊榮貴和尹曉波是它的主要發明人。2月9日,相關論文在《自然》上在線發表。
  
  近日,楊榮貴和尹曉波教授接受了記者的專訪,回答了很多人的疑問——“有這么神奇嗎?”
  
 -- 把外太空變成地球廢熱的垃圾場
  
  熱會從高溫向低溫傳遞,任何絕對溫度不為零的物體,都會向周圍的空間輻射能量。相比地球,外太空是一個絕佳的熱量垃圾場——它寒冷,而且廣袤無垠。
  
  “熱的傳遞有三種方式,對流、傳導和輻射。”楊榮貴解釋說,輻射是唯一一種不需要中間介質的熱傳遞方式。但是,要借助輻射把廢熱準確扔進宇宙垃圾場,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大氣的“反射”“吸收”和“散射”,直接穿透大氣,抵達太空。也就是說,對某些波段(8—14微米)的電磁輻射來說,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,熱量垃圾就能離開地球,并且一去不回。
  
  --把科學概念變成可用技術
  
  楊榮貴和尹曉波發明的這種降溫“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,比如說“隱身”和“隱聲”材料。
  
  楊榮貴和尹曉波發明的這種新穎的超材料能向外發射8—14微米波長的電磁波,而且輻射率最高可以達到95%。這一波長的輻射可以輕松穿過地球大氣紅外窗口,抵達太空。
  
  如果在“塑料膜”的背后再鍍上一層薄薄的金屬膜,則可以反射太陽光,進一步提升其制冷效果。實驗顯示,該材料在中午陽光直射下,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,在學界早已存在。斯坦福大學范汕洄研究團隊,也在這一領域做過諸多嘗試。2014年,他們曾經研發出一種輻射制冷納米光學材料,也有不錯的降溫效果。但這種材料對生產條件要求苛刻,成本過高,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,關鍵在于我們的光學超材料的結構非常簡單,制作工藝也不復雜。”尹曉波坦言,他和楊榮貴算是“科學家中的工程師”,做的事情,是將聽起來頗為高大上的科學概念,變成可能投入使用的技術。
  
  據介紹,目前實驗室已經有了成型的材料生產線,可以以5米/分鐘的速率對300毫米寬的材料進行產出。
  
 -- 建一條通道,開一個腦洞
  
  那么,材料究竟該怎么用呢?
  
  楊榮貴笑稱,幾乎所有采訪他們的科技媒體,都會問到這一問題。但是,它又不是一兩句話就能解釋清楚的。
  
  “主要看你拿它來冷卻什么了。”有的物體,可以直接“貼膜”降溫,有的物體,還需重新設計相關的熱系統配合薄膜使用。實際上,科研人員研發出的降溫塑料膜,不是一個立等可取、拿了就用的“空調”,它更是一種降溫的解決方案。“從科研成果到商業化產品,中間步驟復雜。這種材料有廣闊的應用領域,但還要針對不同的使用場景進行不同設計。”楊榮貴說。
  
  外界對此材料報以熱切的關注。論文發表后,兩位教授收到了來自全球的數百封郵件,來自南非、新加坡和阿聯酋的“代理”已經迫不及待伸出了橄欖枝。楊榮貴覺得下一步要思考的是“怎么用”的問題。對商業化的合作請求,他們保持了審慎的態度。
  
  “有時候想想,如果地球和外太空能夠通過熱輻射連起來,就有了很多新的可能。”尹曉波說,這項研究或許也能給學界啟發,讓更多科研人員思考。這也算是“開了一個腦洞”,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法想象的應用”。


文章來源:易塑網

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