2019-11-19
這是一種50微米厚的塑料膜，普通的塑料膜，里面包裹著普通的、但是直徑為8微米的玻璃珠子。它被媒體稱為“不插電不耗油就能給地球降溫”的材料。
玻璃本就是很好的紅外輻射材料，當把它做成微小的、肉眼幾乎看不見的玻璃球后，其紅外熱輻射變得更為強烈，甚至比玻璃本身的熱輻射能力超出一個數量級。這些長波段（8—14微米）的紅外輻射，可以躲過地球大氣的圍追堵截，去往太空。
這種降溫材料誕生在美國科羅拉多大學的實驗室。兩位華裔教授楊榮貴和尹曉波是它的主要發明人。2月9日，相關論文在《自然》上在線發表。
近日，楊榮貴和尹曉波教授接受了記者的專訪，回答了很多人的疑問——“有這么神奇嗎？”
-- 把外太空變成地球廢熱的垃圾場
熱會從高溫向低溫傳遞，任何絕對溫度不為零的物體，都會向周圍的空間輻射能量。相比地球，外太空是一個絕佳的熱量垃圾場——它寒冷，而且廣袤無垠。
“熱的傳遞有三種方式，對流、傳導和輻射。”楊榮貴解釋說，輻射是唯一一種不需要中間介質的熱傳遞方式。但是，要借助輻射把廢熱準確扔進宇宙垃圾場，還需要一樣東西幫忙，即“地球大氣窗口”。
地球大氣對大部分電磁波輻射“嚴加防守”；但對一小部分卻“高抬貴手”，特定波段的電磁波輻射可以逃過大氣的“反射”“吸收”和“散射”，直接穿透大氣，抵達太空。也就是說，對某些波段（8—14微米）的電磁輻射來說，大氣是透明的。
所以，如果有一種材料，能夠將熱量轉化為這一特定波段的電磁波，熱量垃圾就能離開地球，并且一去不回。
--把科學概念變成可用技術
楊榮貴和尹曉波發明的這種降溫“塑料膜”，是一種新型復合“超材料”。所謂超材料，是指依靠特殊的結構，讓材料呈現出天然材料所不具備的超常甚至反常物理性質，比如說“隱身”和“隱聲”材料。
楊榮貴和尹曉波發明的這種新穎的超材料能向外發射8—14微米波長的電磁波，而且輻射率最高可以達到95%。這一波長的輻射可以輕松穿過地球大氣紅外窗口，抵達太空。
如果在“塑料膜”的背后再鍍上一層薄薄的金屬膜，則可以反射太陽光，進一步提升其制冷效果。實驗顯示，該材料在中午陽光直射下，具有最高可達93瓦特/平方米的輻射制冷功率，讓與它直接接觸的物體降溫10到16攝氏度。
依靠熱輻射給物體降溫的想法，在學界早已存在。斯坦福大學范汕洄研究團隊，也在這一領域做過諸多嘗試。2014年，他們曾經研發出一種輻射制冷納米光學材料，也有不錯的降溫效果。但這種材料對生產條件要求苛刻，成本過高，難以大規模推廣應用。
“我們的論文之所以能夠引起這么大反響，關鍵在于我們的光學超材料的結構非常簡單，制作工藝也不復雜。”尹曉波坦言，他和楊榮貴算是“科學家中的工程師”，做的事情，是將聽起來頗為高大上的科學概念，變成可能投入使用的技術。
據介紹，目前實驗室已經有了成型的材料生產線，可以以5米/分鐘的速率對300毫米寬的材料進行產出。
-- 建一條通道，開一個腦洞
那么，材料究竟該怎么用呢？
楊榮貴笑稱，幾乎所有采訪他們的科技媒體，都會問到這一問題。但是，它又不是一兩句話就能解釋清楚的。
“主要看你拿它來冷卻什么了。”有的物體，可以直接“貼膜”降溫，有的物體，還需重新設計相關的熱系統配合薄膜使用。實際上，科研人員研發出的降溫塑料膜，不是一個立等可取、拿了就用的“空調”，它更是一種降溫的解決方案。“從科研成果到商業化產品，中間步驟復雜。這種材料有廣闊的應用領域，但還要針對不同的使用場景進行不同設計。”楊榮貴說。
外界對此材料報以熱切的關注。論文發表后，兩位教授收到了來自全球的數百封郵件，來自南非、新加坡和阿聯酋的“代理”已經迫不及待伸出了橄欖枝。楊榮貴覺得下一步要思考的是“怎么用”的問題。對商業化的合作請求，他們保持了審慎的態度。
“有時候想想，如果地球和外太空能夠通過熱輻射連起來，就有了很多新的可能。”尹曉波說，這項研究或許也能給學界啟發，讓更多科研人員思考。這也算是“開了一個腦洞”，讓科研人員找到利用外太空的更多可能性，“或許以后還能誕生很多我們現在沒法想象的應用”。
文章來源：易塑網
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