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鳳凰科技訊 北京時間12月1日消息，據(jù)科學(xué)日報報道，美國斯坦福大學(xué)的工程師發(fā)明了一種革命性的涂層材料，能夠幫助冷卻建筑物，甚至是在陽光燦爛的白天。這一發(fā)明的主要工作原理是輻射建筑物的熱量并將它直接反射至太空。這種新型的超薄多層材料無需空調(diào)即可冷卻建筑物，它在反射太陽光以減少進入建筑物的熱量的同時將建筑物內(nèi)部的熱量反射至太空。

這種新型的超薄多層材料無需空調(diào)即可冷卻建筑物

由斯坦福大學(xué)電子工程學(xué)教授范善輝（Shanhui Fan）和研究助理阿斯沃斯· 羅曼(Aaswath Raman)帶領(lǐng)進行的這項節(jié)省能量的突破性進展被發(fā)表在期刊《自然》上。這項發(fā)明的核心是一種超薄多層的材料，后者以一種新穎的方式處理可見和不可見的太陽光。

紅外輻射形式的不可見光是所有物體和生物釋放熱量的方式之一。當(dāng)我們站在封閉的烤箱前，無需觸摸我們就能感受到的熱量就是紅外光。這種不可見的導(dǎo)熱的光就是斯坦?？蒲行〗M最新發(fā)明里從建筑物里分流并反射至太空的光。

當(dāng)然太陽光也會加熱建筑物。這種最新材料除了可以處理紅外光，還能夠當(dāng)做一個不可思議的高效鏡子，后者可以反射幾乎所有的入射光。這一結(jié)果就是斯坦福研究小組所謂的光子輻射冷卻——它既能“卸載”建筑物內(nèi)的紅外熱量，又能反射加熱建筑物的太陽光。從而實現(xiàn)對空調(diào)需求更少的更冷卻的建筑物。

“這是非常新穎但又非常簡單的想法，”美國加州大學(xué)伯克利分校電機與計算機科學(xué)系教授、光子晶體領(lǐng)域的開創(chuàng)者、帶領(lǐng)能源效率電子科學(xué)中心的伊萊·雅布羅諾維奇( Eli Yablonovitch)這樣說道?！岸嗵澚朔督淌诘难芯?，我們現(xiàn)在不僅可以在夜晚利用輻射冷卻，還能反直覺的在白天使用?！?/p>

研究人員表示他們所設(shè)計的這種成本效益較高的材料適用于大規(guī)模部署在建筑物屋頂。盡管它仍是非常年輕的科技，但他們相信有朝一日這種技術(shù)可以幫助減少對電量的需求。美國建筑物里所使用的能量中15%被用于空調(diào)系統(tǒng)。

在實踐過程中研究人員認為涂層或可以被鍍在更堅硬的材料上，從而使得它能夠忍受這種元素?！把芯啃〗M還顯示了如何通過將熱量輻射至寒冷黑暗的太空從而被動的冷卻結(jié)構(gòu)?！?nbsp;斯坦福大學(xué)榮譽教授、SLAC國家加速器實驗室(簡稱為SLAC，前身為直線加速器中心)的前主任、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者物理學(xué)家伯頓·里克特（Burton Richter）這樣說道。

研究首席作者羅曼表示一個溫暖的世界需要無需動力的冷卻技術(shù)。“對所有發(fā)展中國家而言，光子輻射冷卻不僅能夠迎合城市地區(qū)不斷暴漲的空調(diào)需要，還能夠在某些農(nóng)村地區(qū)實現(xiàn)離網(wǎng)冷卻?！?/p>

面朝太空的窗戶

真正的突破性進展在于斯坦福發(fā)明的這項材料是如何輻射建筑物的能量。眾所周知熱量可以以三種形式傳遞：傳導(dǎo)、對流和輻射。傳導(dǎo)是通過接觸傳遞能量，這就是為什么你必須戴手套才能觸摸炙熱的烤盤。對流是通過空氣或者流體的移動傳遞熱量，它就是當(dāng)烤箱打開時迎面撲來的溫暖氣體。輻射則是以紅外光的形式傳遞熱量。

最新的涂層結(jié)構(gòu)是將導(dǎo)熱的紅外光直接輻射至太空。這種超薄的涂層被設(shè)定以精確的頻率將建筑物內(nèi)的導(dǎo)熱紅外光輻射，并在不加熱空氣的前提下穿過大氣層，考慮到全球變暖的危險這一特征非常關(guān)鍵?！斑@就像有一扇開向太空的窗戶?！狈墩f道。

瞄準鏡子

但是將熱量傳輸至太空還遠遠不夠。這一多層涂層還能夠作為高效的鏡子，阻擋照射至建筑物的97%的太陽光?！拔覀儎?chuàng)造了某個既是輻射器又是反射的東西。” 羅曼表示。輻射和反射的結(jié)合使得白天光子輻射冷卻的溫度比周圍空氣要低9華氏度。

這個多層材料厚度只有1.8微米，比最薄的鋁箔還要薄。它是由七層二氧化硅和二氧化鉿組成，后者位于一個薄的銀層上面。這些材料層并非擁有統(tǒng)一的厚度，而是專門設(shè)計以形成一種新材料。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被設(shè)定得能夠以特定頻率輻射紅外線，使得紅外線能夠不加熱建筑物附近的空氣而直接進入大氣層。

“這種光子途徑使得我們可以精確的調(diào)節(jié)太陽光反射和紅外熱輻射，”研究合作作者、應(yīng)用物理博士研究生朱林曉（Linxiao Zhu）這樣說道?！拔覀€人對（斯坦福大學(xué)研究小組的）這些研究結(jié)果感到非常激動。”美國麻省理工學(xué)院的物理學(xué)教授馬林·索爾亞契奇（Marin Soljacic）這樣說道，“這是納米光子能力的一個偉大例子。”

從原型到建造面板

想要實際推廣光子輻射冷卻，需要至少解決兩個技術(shù)難題。第一個是如何將建筑物內(nèi)的熱量傳導(dǎo)至整個外部涂層。一旦熱量到達既定位置，涂層可以將熱量散射至太空，但工程師們必須首先確定如何高效的將建筑物熱量傳遞至涂層材料的位置。

第二個問題是生產(chǎn)。目前斯坦福大學(xué)研究小組的原型大小只相當(dāng)于一人份的披薩。冷卻建筑物需要巨大的面板。研究人員表示大面積生產(chǎn)設(shè)備可以實現(xiàn)所需要的面板規(guī)模。

宇宙的冰箱

從更廣義的角度看，研究小組認為這一項目是朝將太空的寒冷作為有利資源加以利用邁出的第一步。就像太陽光可以作為太陽能的可再生來源一樣，寒冷的宇宙也可以提供廣闊的區(qū)域以減少熱量。

“產(chǎn)生熱量的每一個物體都將熱量傳輸給散熱器?！狈墩f道?！拔覀兯龅木褪莿?chuàng)造一種新的方法，使得我們可以利用宇宙的寒冷作為白天的散熱器?！?/p>

除了范教授、羅曼和朱，這項研究的其它合作作者還包括已經(jīng)畢業(yè)的機械工程碩士研究生馬克·阿布·安諾瑪（Marc Abou Anoma）和已經(jīng)畢業(yè)的應(yīng)用物理學(xué)博士研究生伊登·拉斐艾利（Eden Rephaeli）。這項研究得到了美國能源部能源高級研究計劃局(Advanced Research Project Agency-Energy,簡稱ARPA-E)的資金支持。