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降温“塑料膜”可将外 太空变成地球废热垃圾场

时间:2017-03-11 21:02    点击量:

这是一种50微米厚的塑料膜,普通的塑料膜,里面包裹着普通的、但是直径为8微米的玻璃珠子。它被媒体称为“不插电 不耗油就能给地球降温”的材料。

  玻璃本 就是很好的红外辐射材料,当把它做成微小的、肉眼几 乎看不见的玻璃球后,其红外 热辐射变得更为强烈,甚至比 玻璃本身的热辐射能力超出一个数量级。这些长波段(8—14微米)的红外辐射,可以躲 过地球大气的围追堵截,去往太空。

  降温“塑料膜”可将外 太空变成地球废热垃圾场

  这种降 温材料诞生在美国科罗拉多大学的实验室。两位华 裔教授杨荣贵和尹晓波是它的主要发明人。2月9日,相关论文在《自然》上在线发表。

  近日,杨荣贵 和尹晓波教授接受了记者的专访,回答了很多人的疑问——“有这么神奇吗?”

  把外太 空变成地球废热的垃圾场

  热会从 高温向低温传递,任何绝 对温度不为零的物体,都会向 周围的空间辐射能量。相比地球,外太空 是一个绝佳的热量垃圾场——它寒冷,而且广袤无垠。

  “热的传递有三种方式,对流、传导和辐射。”杨荣贵解释说,辐射是 唯一一种不需要中间介质的热传递方式。但是,要借助 辐射把废热准确扔进宇宙垃圾场,还需要一样东西帮忙,即“地球大气窗口”。

  地球大 气对大部分电磁波辐射“严加防守”;但对一小部分却“高抬贵手”,特定波 段的电磁波辐射可以逃过大气的“反射”“吸收”和“散射”,直接穿透大气,抵达太空。也就是说,对某些波段(8—14微米)的电磁辐射来说,大气是透明的。

  所以,如果有一种材料,能够将 热量转化为这一特定波段的电磁波,热量垃 圾就能离开地球,并且一去不回。

  把科学 概念变成可用技术

  杨荣贵 和尹晓波发明的这种降温“塑料膜”,是一种新型复合“超材料”。所谓超材料,是指依靠特殊的结构,让材料 呈现出天然材料所不具备的超常甚至反常物理性质,比如说“隐身”和“隐声”材料。

  杨荣贵 和尹晓波发明的这种新颖的超材料能向外发射8—14微米波长的电磁波,而且辐 射率最高可以达到95%。这一波 长的辐射可以轻松穿过地球大气红外窗口,抵达太空。

  如果在“塑料膜”的背后 再镀上一层薄薄的金属膜,则可以反射太阳光,进一步 提升其制冷效果。实验显示,该材料 在中午阳光直射下,具有最高可达93瓦特/平方米 的辐射制冷功率,让与它 直接接触的物体降温10到16摄氏度。

  依靠热 辐射给物体降温的想法,在学界早已存在。斯坦福 大学范汕洄研究团队,也在这 一领域做过诸多尝试。2014年,他们曾 经研发出一种辐射制冷纳米光学材料,也有不错的降温效果。但这种 材料对生产条件要求苛刻,成本过高,难以大规模推广应用。

  “我们的 论文之所以能够引起这么大反响,关键在 于我们的光学超材料的结构非常简单,制作工艺也不复杂,而且成本低廉。”尹晓波坦言,他和杨荣贵算是“科学家中的工程师”,做的事情,是将听 起来颇为高大上的科学概念,变成可 能投入使用的技术。

  据介绍,目前实 验室已经有了成型的材料生产线,可以以5米/分钟的速率对300毫米宽 的材料进行产出。

  建一条通道,开一个脑洞

  那么,材料究竟该怎么用呢?

  杨荣贵笑称,几乎所 有采访他们的科技媒体,都会问到这一问题。但是,它又不 是一两句话就能解释清楚的。

  “主要看 你拿它来冷却什么了。”有的物体,可以直接“贴膜”降温,有的物体,还需重 新设计相关的热系统配合薄膜使用。实际上,科研人 员研发出的廉价降温塑料膜,不是一个立等可取、拿了就用的“空调”,它更是 一种降温的解决方案。“从科研 成果到商业化产品,中间步骤复杂。这种材 料有广阔的应用领域,但还要 针对不同的使用场景进行不同设计。”杨荣贵说。

  外界对 此材料报以热切的关注。论文发表后,两位教 授收到了来自全球的数百封邮件,来自南非、新加坡和阿联酋的“代理”已经迫 不及待伸出了橄榄枝。杨荣贵 觉得下一步要思考的是“怎么用”的问题。对商业化的合作请求,他们保 持了审慎的态度。

  “有时候想想,如果地 球和外太空能够通过热辐射连起来,就有了很多新的可能。”尹晓波说,这项研 究或许也能给学界启发,让更多科研人员思考。这也算是“开了一个脑洞”,让科研 人员找到利用外太空的更多可能性,“或许以 后还能诞生很多我们现在没法想象的应用”。

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