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超材料 | 聚合物薄膜变身“超薄空调”

发表时间:2017/3/13

引言:科罗拉多大学博尔德分校的一个研究团队的工程师们开发出一种新型超材料,这种材料具有一些自然界没有的特殊性能。该材料已经可以大规模生产,用于建筑结构中的空调系统,即使在阳光直射的情况下,也不需要电和水,就能冷却物体,只需10-20平方米就可以满足一户人家在炎炎夏日的制冷需求。

这项发明是由美国能源部高级研究计划署(ARPA-E)提供资金支持(300万美元)而研究出的产品,该计划从2015年开始实施,目前这项技术正处于专利审查阶段,研究人员正在与加州大学博尔德分校技术办公室探索潜在的商业化市场,已拟定今年在博尔德创建一个200平方米的冷却农场,用于应用测试与研究。

该材料是由聚合物基质内随机嵌入谐振极性电介质(绝缘)微粒组成的杂化玻璃聚合物,并涂覆有银薄膜以增强材料的光谱反射率。将这种超材料应用于物体表面的时候,该薄膜不仅可以通过反射太阳辐射来减少自身热量,而且它透明的材质并不阻碍其下方物体通过红外辐射的方式散热。

它的厚度仅为50微米,冷却功率可以连续72小时大于110W/m2,在正午阳光直射的条件下也高达93W/m2,冷却功率类似于太阳能电池产生的功率。它还具有提高太阳能电池板的寿命和效率(1%-2%)的潜力,因为直接阳光可损坏太阳能电池板并防止它们有效地将太阳光线转换成电能。

该技术最大的优势在于,它可以24小时工作,不需要任何水电。因此,这种材料可以用于航空航天、农业、电力工业等。这种薄膜可采用卷装形式生产,便于大规模商业化生产,预计不久的将来,我们将会看到该产品在市场上被用于各个行业。

这项研究已在《Science》杂志上发表,并被视为一种环保的热电厂补充冷却方式,因为目前热电厂的冷却主要依赖于大量的水和电,性价比较低。这种材料的发明无疑对传统的冷却方式提出了巨大的挑战,在未来缩减能源成本的道路上,这种材料将是一个实力派竞争者。

【参考文献】

1. Newly Engineered Material Can Cool Roofs andStructures with Zero Energy Consumption - University of Colorado at Boulder, PressRelease

2. Zhai Y., Ma Y., David S., Zhao D., Lou R., Tan G., YangR., Yin X., Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterialfor daytime radiative cooling, Science, 2017, DOI:10.1126/science.aai7899