在不斷變化的氣候中，將需要節(jié)能的建筑物和車輛冷卻方法。林雪平大學(xué)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明，被動輻射冷卻的電調(diào)諧可用于控制材料在環(huán)境溫度和氣壓下的溫度。研究結(jié)果已發(fā)表在Cell Reports Physical Science上。

“例如，為了冷卻建筑物，今天主要使用傳統(tǒng)的空調(diào)，這需要大量的能源，并使用對環(huán)境有害的制冷劑。在被動輻射冷卻的幫助下，外層空間的寒冷可以用來補充普通的交流電并降低能耗，“林雪平大學(xué)有機光子學(xué)和納米光學(xué)小組教授兼負(fù)責(zé)人Magnus Jonsson說。

被動輻射冷卻利用熱能可以以紅外輻射的形式離開物體。所有物體都以紅外光的形式散發(fā)熱量——樹木、建筑物、水甚至人類。

不同類型的材料發(fā)出不同量的紅外熱量。這取決于材料吸收紅外輻射的能力——它吸收紅外熱量的能力越好，材料散發(fā)熱量的能力就越好。例如，普通的白色書寫紙擅長吸收紅外熱，因此也擅長發(fā)射紅外熱。相比之下，金屬在這方面相當(dāng)糟糕，因為大部分熱量都被反射了。

由于大氣層能夠在紅外波長范圍內(nèi)傳輸光，因此溫度約為-270攝氏度的外層空間的寒冷可以用來去除地球上物體的熱量。由于溫差，可能會有凈傳輸出去。因此，在被動輻射冷卻的幫助下，物體可以獲得低于環(huán)境溫度的溫度。

這種效果在歷史上就已經(jīng)使用過，例如在溫暖的氣候中制冰。然而，近年來，材料科學(xué)研究對這一現(xiàn)象越來越感興趣，并開發(fā)了具有高發(fā)射紅外熱量的能力的新材料，同時不會被太陽光線加熱。

林雪平大學(xué)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明，可以通過電調(diào)節(jié)設(shè)備通過被動輻射冷卻散發(fā)熱量的程度來調(diào)節(jié)設(shè)備的溫度。該概念使用導(dǎo)電聚合物來電化學(xué)調(diào)節(jié)器件的發(fā)射率。研究結(jié)果已發(fā)表在Cell Reports Physical Science雜志上。

“你可以把它比作恒溫器。目前，我們可以將溫度調(diào)節(jié)0.25攝氏度。這聽起來可能不多，但關(guān)鍵是我們已經(jīng)證明可以在室溫和常壓下進(jìn)行這種調(diào)整，“林雪平大學(xué)首席研究工程師，該研究的主要作者Debashree Banerjee說。

研究人員認(rèn)為，既然他們已經(jīng)證明這是可能的，那么就有可能進(jìn)一步開發(fā)材料和設(shè)備。從長遠(yuǎn)來看，可以設(shè)想可以像太陽能電池一樣鋪設(shè)在屋頂上的系統(tǒng)，從而控制來自房屋的紅外熱輻射并在需要時冷卻。該方法需要極小的能耗，造成的污染最小。其他應(yīng)用領(lǐng)域還包括可調(diào)節(jié)的衣服和墻紙對熱流的影響，并在降低能耗的同時提高室內(nèi)的熱舒適度。

在發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上的另一項研究中，同一研究小組開發(fā)了一種熱電裝置，該裝置由相同的輻射冷卻原理提供動力，并輔以太陽能加熱。它基于在兩種纖維素材料之間產(chǎn)生溫差，其中一種含有炭黑以吸收太陽的熱量。這些材料連接到將溫差轉(zhuǎn)換為電勢的材料上。將設(shè)備暴露在天空中已經(jīng)在中等太陽輻射下感應(yīng)出60 mV的電壓，但該概念甚至在夜間有效，因為這兩種木質(zhì)材料被設(shè)計為具有不同的散熱能力。

“我們不僅使用太陽，還使用外層空間作為能源，”該小組的博士生，《先進(jìn)科學(xué)》文章的主要作者M(jìn)ingna Liao說。

為了對這兩項研究進(jìn)行受控測量，研究人員建立了一個天空模擬器。通過這種方式，測量不會像在戶外那樣受到環(huán)境變化的影響。天空模擬器由一根帶有鋁涂層側(cè)面的管子組成，可以反射輻射。放置在底部的容器包含一種吸收熱輻射的材料，并用液氮冷卻以模擬外層空間的寒冷。

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