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冷却涂料会降低任何表面的温度

希腊和其他日光浴国家的住宅经常涂成白色,以尽可能多地反射阳光。研究人员正在利用这一古老的战略,推出新一波“被动辐射冷却”材料,消除阳光和热量。大多数都不容易应用于现有的屋顶和墙壁,但是一组美国研究人员现在已经开发出一种冷却涂料,可以涂覆几乎任何表面,将温度降低6°C。

预测强调“这个领域取得了巨大的进步,”科罗拉多大学博尔德分校的材料科学家XiaoboYin说,他的团队开发了一种被动辐射冷却塑料薄膜,并成立了一家初创公司Radi-Cool,将其商业化。Yin表示,新材料在某些气候条件下可降低冷却成本高达15%。他说:“这是一个相当大的数字。”美国17%的住宅用电都用于空调,节省的费用可能很高。

白色涂料通常只反映80%的可见光,它们仍然吸收紫外线(UV)和近红外线(近红外线),这些光线可以使建筑物变暖。为了做得更好,新材料首先要采用能够反射几乎所有太阳的材料或结构。入射光线,包括近红外热,在某些情况下还包括紫外线。它们还含有聚合物或其他物质,由于它们的化学组成,在中等红外光下辐射出额外的热量,波长为8至13微米。大气层不会阻挡这些波长,有效地让材料在不升温周围空气的情况下将多余的热量排放到太空中。

2014年,由PaloAlto斯坦福大学电气工程师ShanhuiFan领导的研究人员加利福尼亚州在自然界报道,通过交替使用二氧化硅和二氧化铪层,它们可以形成一个高度反射的表面,比周围的空气温度低5°C。去年,范和他的同事使用另一种材料-聚合物和银膜组合-来冷却用于空调的水。该团队表示,它有可能在夏季节省21%的空调费用。Fan的团队已经成立了自己的创业公司SkyCoolSystems。

Yin和他的同事杨容桂去年用他们的材料跳了起来:一个嵌有微小玻璃珠的塑料薄膜,表面冷却了10个°C。在澳大利亚,悉尼科技大学的应用物理学家AngusGentle和GeoffSmith在2015年报告说,由一对聚合物制成的冷屋顶材料使商业屋顶保持3°C,比环境空气温度低6°C。分别在正午的阳光和夜晚。

将这些涂料涂在屋顶和壁板材料上仍然是一个难点。高反光化合物可以整合在传统外观的瓦片和粘土砖中,用于新建或翻新。为现有建筑提供选择更加困难。

这是新的被动冷却涂料的用武之地。由YuanYang和NanfangY领导的研究人员,哥伦比亚大学的应用物理学家,试验制作高度反光的马通过在塑料中添加空气空隙来制作材料。然后他们的一个学生JyotirmoyMandal偶然发现了一种创造类似纹理的简单方法。Mandal正在研究将一种称为聚二甲基硅氧烷的普通聚合物从液体固化成固体薄膜的方法,当时他注意到在某些条件下,材料在干燥时从透明变为白色。在显微镜下,他看到在干燥的薄膜中形成了一系列相互连接的空气空隙,使其强烈反射光线。(同样的效果解释了为什么雪是白色的,即使冰块是透明的。)

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