《自然》雜誌:科學家研發一種新材料或取代空調
- 發佈時間:2014-12-02 14:54:00 來源:中國經濟網 責任編輯:羅伯特
中國經濟網北京12月2日訊(林秀敏編譯)美國《自然》雜誌近日刊載了一篇科學報道。報道表明,來自斯坦福大學的科學家們制取了一種新材料,而這種材料具有空調的功能。
報道稱,空調是一種具有變革性的技術。它讓世界在炎熱的氣候下也適宜居住,也讓靠近赤道地區的人們可以養成無午休的工作習慣。但冷卻建築物內的空間需要消耗大量的能量。空調需要不停地將建築物內的熱量轉移到建築物外部。在美國,15%的用電量被消耗來完成這項工作。如果來自斯坦福大學的萊曼(Aaswath Raman)博士和他同事們將他們的設想變成現實,那麼現狀將發生改變。萊曼博士已經找到了一種方法,可以讓建築物在沒有泵和壓縮機的作用下冷卻,並將熱量簡單地輻射到外部空間去。
據中國經濟網記者了解,這個發明既靈巧又簡單。外層空間是非常冷(僅比絕對零度高3℃),而且非常大,所以它是一個完美的散熱器。地球無時不刻將熱量輻射到這個空間,並通過接收太陽熱量得以補償。為了讓地球表面的一部分(如一個私人建築物)冷卻下來,原則上你需要做的是將陽光反射回太空,同時也使地球上的溫度降低。
為了讓理論付諸實踐,萊曼博士制取了一種材料,它能反射97%的太陽光。而且人們可以用現代的製造手段來制取這種材料。它由四層二氧化硅穿插三層二氧化鉿構成,這七層中的每層架構都有不同的精確設計的厚度,從13至688奈米不等。此外,還有一層200奈米厚的銀層作為支援,起到鏡子的作用。
這個總厚度不到2微米的片板是一種半導體的光子當量:它像半導體作用於電一樣作用於光,即控制其能量水準。從光學上説,能量水準對應波長,為此可以調整這樣的片層架構來反射一些波長,並讓另一些穿透。 萊曼博士和他的同事所做的就是精確設計這些片層的尺寸。
他們在電腦上算出可以將幾乎整個太陽光譜反射的片層厚度,同時這個厚度可以穿透最容易從地球輻射回太空的紅外光。他們制取了這樣的材料,並檢驗它是否有效。
檢驗結果證明它是有效的。為保持其平整,他們將其安裝在一塊硅晶片上,並支撐在一個由聚酯薄膜、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸和木製成盒子裏,從而使周圍熱量傳導最小化,然後將其放置在加州冬日的暖陽下。試驗表明,該光學片層使盒子內的溫度比周圍環境溫度低4.9℃。如果取消盒子內外隔熱,該溫差就會消失,並降低盒子外部的溫度。
報道稱,將這個發明轉變成有用的設置還有很長的路要走。萊曼博士和他的同事已經計算出可以用二氧化鈦(比較便宜)取代二氧化鉿(比較昂貴),而他們可能還需要找到一種物質取代銀層。
報道認為,人們可以將它安裝在建築物朝向天空的部分(通常是屋頂),提供建築物的部分冷卻系統,為此它不會完全取代空調。但這個冷卻系統無需用電,這使其十分具有吸引力。