物美價廉的被動冷卻材料

想舒舒服服的過夏天卻又為電費擔心？科學家為你排憂解難。一種新研製的被動冷卻材料即使在陽光直射下，散發的能量也比吸收的多。這種材料可由廉價原料通過規模化生產得到。

撰文 Johanna L. Miller

翻譯 許雅瀾

審校 韓宇

付過電費的人都知道，想涼快可不便宜。熱力學第二定律表明，其他條件相同時，能量不能自發地從較冷的物體流向較熱的物體。因此，像空調和冰箱這樣的製冷設備需要有能量輸入來製造並維持比外界氣溫低的內部溫度。

熱力學第二定律雖不可違背，但也不排除一些違反直覺的效應。溫室氣體等組成的地球大氣層對 8-13 μm 間的紅外輻射來說幾乎是透明的，這一波長範圍剛好是熱輻射在典型地面溫度下的最大值。如果某種材料輻射強烈到足以進入大氣透明窗，它就可以將熱能直接散布到太空，就像沒有大氣層一樣。

科學家在 20 世紀 70 年代就已描述了被動輻射冷卻到低於周圍氣溫的現象，但該現象僅在夜間發生。日間冷卻的實現更為棘手：冷卻材料必須發出強紅外輻射，同時又基本上不吸收太陽的可見光。百分之幾的吸收就能讓紅外輻射造成的冷卻效果付諸東流。2014 年，斯坦福大學的 Shanhui Fan 和同事使用含二氧化硅和二氧化鉿交疊層的納米光子材料實現了日間冷卻，然而這種複合材料只能在無塵室中少量製造。

現在 Ronggui Yang, Xiaobo Yin（二人都來自科羅拉多大學博爾德分校）及同事已研製出一種可用標準工業卷對卷製程大量生產的高效冷卻材料。這種材料由透明高分子膜及隨機分布其中的微米級 SiO2微球組成。實驗過程中，研究人員製造了數百平米的高分子膜。無論晝夜，該材料的冷卻效果都維持在 100 W/m2左右，因此，一張 10–20 m2的膜便可與一台家用空調相匹敵。

也許在不久的將來，這種物美價廉的材料便可進入千家萬戶，讓大家度過一個涼爽的夏天。

文章來源: http://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.5.7350/full/

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