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《自然》雜志:科學(xué)家研發(fā)一種新材料或取代空調(diào)
- 發(fā)布時(shí)間:2014-12-02 14:54:00 來源:中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng) 責(zé)任編輯:羅伯特
中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)北京12月2日訊(林秀敏編譯)美國(guó)《自然》雜志近日刊載了一篇科學(xué)報(bào)道。報(bào)道表明,來自斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們制取了一種新材料,而這種材料具有空調(diào)的功能。
報(bào)道稱,空調(diào)是一種具有變革性的技術(shù)。它讓世界在炎熱的氣候下也適宜居住,也讓靠近赤道地區(qū)的人們可以養(yǎng)成無午休的工作習(xí)慣。但冷卻建筑物內(nèi)的空間需要消耗大量的能量??照{(diào)需要不停地將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到建筑物外部。在美國(guó),15%的用電量被消耗來完成這項(xiàng)工作。如果來自斯坦福大學(xué)的萊曼(Aaswath Raman)博士和他同事們將他們的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí),那么現(xiàn)狀將發(fā)生改變。萊曼博士已經(jīng)找到了一種方法,可以讓建筑物在沒有泵和壓縮機(jī)的作用下冷卻,并將熱量簡(jiǎn)單地輻射到外部空間去。
據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者了解,這個(gè)發(fā)明既靈巧又簡(jiǎn)單。外層空間是非常冷(僅比絕對(duì)零度高3℃),而且非常大,所以它是一個(gè)完美的散熱器。地球無時(shí)不刻將熱量輻射到這個(gè)空間,并通過接收太陽(yáng)熱量得以補(bǔ)償。為了讓地球表面的一部分(如一個(gè)私人建筑物)冷卻下來,原則上你需要做的是將陽(yáng)光反射回太空,同時(shí)也使地球上的溫度降低。
為了讓理論付諸實(shí)踐,萊曼博士制取了一種材料,它能反射97%的太陽(yáng)光。而且人們可以用現(xiàn)代的制造手段來制取這種材料。它由四層二氧化硅穿插三層二氧化鉿構(gòu)成,這七層中的每層架構(gòu)都有不同的精確設(shè)計(jì)的厚度,從13至688納米不等。此外,還有一層200納米厚的銀層作為支持,起到鏡子的作用。
這個(gè)總厚度不到2微米的片板是一種半導(dǎo)體的光子當(dāng)量:它像半導(dǎo)體作用于電一樣作用于光,即控制其能量水平。從光學(xué)上說,能量水平對(duì)應(yīng)波長(zhǎng),為此可以調(diào)整這樣的片層架構(gòu)來反射一些波長(zhǎng),并讓另一些穿透。 萊曼博士和他的同事所做的就是精確設(shè)計(jì)這些片層的尺寸。
他們?cè)谟?jì)算機(jī)上算出可以將幾乎整個(gè)太陽(yáng)光譜反射的片層厚度,同時(shí)這個(gè)厚度可以穿透最容易從地球輻射回太空的紅外光。他們制取了這樣的材料,并檢驗(yàn)它是否有效。
檢驗(yàn)結(jié)果證明它是有效的。為保持其平整,他們將其安裝在一塊硅晶片上,并支撐在一個(gè)由聚酯薄膜、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸和木制成盒子里,從而使周圍熱量傳導(dǎo)最小化,然后將其放置在加州冬日的暖陽(yáng)下。試驗(yàn)表明,該光學(xué)片層使盒子內(nèi)的溫度比周圍環(huán)境溫度低4.9℃。如果取消盒子內(nèi)外隔熱,該溫差就會(huì)消失,并降低盒子外部的溫度。
報(bào)道稱,將這個(gè)發(fā)明轉(zhuǎn)變成有用的設(shè)置還有很長(zhǎng)的路要走。萊曼博士和他的同事已經(jīng)計(jì)算出可以用二氧化鈦(比較便宜)取代二氧化鉿(比較昂貴),而他們可能還需要找到一種物質(zhì)取代銀層。
報(bào)道認(rèn)為,人們可以將它安裝在建筑物朝向天空的部分(通常是屋頂),提供建筑物的部分冷卻系統(tǒng),為此它不會(huì)完全取代空調(diào)。但這個(gè)冷卻系統(tǒng)無需用電,這使其十分具有吸引力。
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