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《自然》杂志:科学家研发一种新材料或取代空调

  • 发布时间:2014-12-02 14:54:00  来源:中国经济网  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  中国经济网北京12月2日讯(林秀敏编译)美国《自然》杂志近日刊载了一篇科学报道。报道表明,来自斯坦福大学的科学家们制取了一种新材料,而这种材料具有空调的功能。

  报道称,空调是一种具有变革性的技术。它让世界在炎热的气候下也适宜居住,也让靠近赤道地区的人们可以养成无午休的工作习惯。但冷却建筑物内的空间需要消耗大量的能量。空调需要不停地将建筑物内的热量转移到建筑物外部。在美国,15%的用电量被消耗来完成这项工作。如果来自斯坦福大学的莱曼(Aaswath Raman)博士和他同事们将他们的设想变成现实,那么现状将发生改变。莱曼博士已经找到了一种方法,可以让建筑物在没有泵和压缩机的作用下冷却,并将热量简单地辐射到外部空间去。

  据中国经济网记者了解,这个发明既灵巧又简单。外层空间是非常冷(仅比绝对零度高3℃),而且非常大,所以它是一个完美的散热器。地球无时不刻将热量辐射到这个空间,并通过接收太阳热量得以补偿。为了让地球表面的一部分(如一个私人建筑物)冷却下来,原则上你需要做的是将阳光反射回太空,同时也使地球上的温度降低。

  为了让理论付诸实践,莱曼博士制取了一种材料,它能反射97%的太阳光。而且人们可以用现代的制造手段来制取这种材料。它由四层二氧化硅穿插三层二氧化铪构成,这七层中的每层架构都有不同的精确设计的厚度,从13至688纳米不等。此外,还有一层200纳米厚的银层作为支持,起到镜子的作用。

  这个总厚度不到2微米的片板是一种半导体的光子当量:它像半导体作用于电一样作用于光,即控制其能量水平。从光学上说,能量水平对应波长,为此可以调整这样的片层架构来反射一些波长,并让另一些穿透。 莱曼博士和他的同事所做的就是精确设计这些片层的尺寸。

  他们在计算机上算出可以将几乎整个太阳光谱反射的片层厚度,同时这个厚度可以穿透最容易从地球辐射回太空的红外光。他们制取了这样的材料,并检验它是否有效。

  检验结果证明它是有效的。为保持其平整,他们将其安装在一块硅晶片上,并支撑在一个由聚酯薄膜、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸和木制成盒子里,从而使周围热量传导最小化,然后将其放置在加州冬日的暖阳下。试验表明,该光学片层使盒子内的温度比周围环境温度低4.9℃。如果取消盒子内外隔热,该温差就会消失,并降低盒子外部的温度。

  报道称,将这个发明转变成有用的设置还有很长的路要走。莱曼博士和他的同事已经计算出可以用二氧化钛(比较便宜)取代二氧化铪(比较昂贵),而他们可能还需要找到一种物质取代银层。

  报道认为,人们可以将它安装在建筑物朝向天空的部分(通常是屋顶),提供建筑物的部分冷却系统,为此它不会完全取代空调。但这个冷却系统无需用电,这使其十分具有吸引力。

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