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将热量传递到太空的超冷材料

当商人霍华德·比斯拉(Howard Bisla)受命从金融危机中挽救当地一家商店时,他首先关心的就是能源效率。2018年6月,他与加利福尼亚萨克拉曼多的当地电力供应商联系,要求升级照明灯。提供者有另一个想法。它提供了一个实验冷却系统的安装:即使在烈日下也可以保持比周围环境更冷的面板,而不会消耗能源。

铝背板现在位于商店的屋顶上,其镜面覆盖有薄薄的冷却膜并与天空成一定角度。他们冷却进入商店的地下管道中的液体,并加上新的照明灯,将电费减少了约15%。“即使在炎热的天气里,它们也不热,”比斯拉说。这些小组来自加利福尼亚斯坦福大学的一项发现。2014年,那里的研究人员宣布他们创造了一种在阳光直射下比周围环境更冷的材料1。团队的两名成员Fan Shanhui和Aaswath Raman与同事Eli Goldstein共同创立了一家初创公司SkyCool Systems,并提供了Bisla的面板。从那时起,他们和其他研究人员制造了许多材料,包括薄膜,喷漆和经过处理的木材,它们在高温下保持凉爽。

这些材料都依赖于增强自然散热效果,即所谓的被动辐射冷却。地球上的每个人,建筑物和物体都散发着热量,但是行星的毯状大气吸收了大部分热量,并将其辐射回去。但是,波长在8到13微米之间的红外线不会被大气捕获,而是离开地球,逃逸到寒冷的太空中。早在1960年代,科学家就试图利用这种现象进行实际使用。但是被动辐射冷却仅在晚上才引人注目:在白天,太阳光给我们提供的热能比我们送入太空的热量要多得多。

新材料以与镜子或白色油漆相同的方式反射广泛的光。但是,在至关重要的8-13 µm红外光谱中,它们强烈吸收然后发出辐射。当物质指向天空时,红外线可以直接穿过大气层进入太空。这有效地将材料连接到了一个取之不尽的热源,在不放热的情况下,他们可以不断地散发热量,而热量不会回流。结果,它们可以散发出足够的热量,从而始终比周围的空气保持凉爽几度。研究表明,温度差可能超过在热,干燥的地方10℃2,3。领导坦佩亚利桑那州立大学城市气候研究中心的大卫·赛勒(David Sailor)将其称为超冷材料。

发烧友说,这些材料不仅可以节省电费,还可以减少随着世界变暖而对耗电的制冷和空调的需求激增。“我的信念是,在四到五年内,白天的辐射冷却系统将成为建筑物的第一大技术,”澳大利亚悉尼新南威尔士大学的Mattheos Santamouris说,他本人正在努力改进这种材料。“这是未来的空调。”

一些研究人员甚至建议将这些材料视为地球工程战略的一部分,以帮助地球散发热量以抵消全球气温的升高。加州大学戴维斯分校的物理学家杰里米·蒙迪(Jeremy Munday)问道:“我们不是要阻止从太阳传入的热量,而是要使地球发出更多的热量?”

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