这是一种50微米厚的塑料膜. 普通的塑料膜, 里面包裹着普通的, 但是直径为8微米的玻璃珠子. 它被媒体称为 '不插电不耗油就能给地球降温' 的材料.
玻璃本就是很好的红外辐射材料, 当把它做成微小的, 肉眼几乎看不见的玻璃球后, 其红外热辐射变得更为强烈, 甚至比玻璃本身的热辐射能力超出一个数量级. 这些长波段(8—14微米)的红外辐射, 可以躲过地球大气的围追堵截, 去往太空.
这种降温材料诞生在美国科罗拉多大学的实验室. 两位华裔教授杨荣贵和尹晓波是它的主要发明人. 2月9日, 相关论文在《自然》上在线发表.
近日, 杨荣贵和尹晓波教授接受了科技日报记者的专访, 回答了很多人的疑问—— '有这么神奇吗?'
把外太空变成地球废热的垃圾场
热会从高温向低温传递, 任何绝对温度不为零的物体, 都会向周围的空间辐射能量. 相比地球, 外太空是一个绝佳的热量垃圾场——它寒冷, 而且广袤无垠.
'热的传递有三种方式, 对流, 传导和辐射. ' 杨荣贵解释说, 辐射是唯一一种不需要中间介质的热传递方式. 但是, 要借助辐射把废热准确扔进宇宙垃圾场, 还需要一样东西帮忙, 即 '地球大气窗口' .
地球大气对大部分电磁波辐射 '严加防守' ;但对一小部分却 '高抬贵手' , 特定波段的电磁波辐射可以逃过大气的 '反射' '吸收' 和 '散射' , 直接穿透大气, 抵达太空. 也就是说, 对某些波段(8—14微米)的电磁辐射来说, 大气是透明的.
所以, 如果有一种材料, 能够将热量转化为这一特定波段的电磁波, 热量垃圾就能离开地球, 并且一去不回.
把科学概念变成可用技术
杨荣贵和尹晓波发明的这种降温 '塑料膜' , 是一种新型复合 '超材料' . 所谓超材料, 是指依靠特殊的结构, 让材料呈现出天然材料所不具备的超常甚至反常物理性质, 比如说 '隐身' 和 '隐声' 材料.
杨荣贵和尹晓波发明的这种新颖的超材料能向外发射8—14微米波长的电磁波, 而且辐射率最高可以达到95%. 这一波长的辐射可以轻松穿过地球大气红外窗口, 抵达太空.
如果在 '塑料膜' 的背后再镀上一层薄薄的金属膜, 则可以反射太阳光, 进一步提升其制冷效果. 实验显示, 该材料在中午阳光直射下, 具有最高可达93瓦特/平方米的辐射制冷功率, 让与它直接接触的物体降温10到16摄氏度.
依靠热辐射给物体降温的想法, 在学界早已存在. 斯坦福大学范汕洄研究团队, 也在这一领域做过诸多尝试. 2014年, 他们曾经研发出一种辐射制冷纳米光学材料, 也有不错的降温效果. 但这种材料对生产条件要求苛刻, 成本过高, 难以大规模推广应用.
'我们的论文之所以能够引起这么大反响, 关键在于我们的光学超材料的结构非常简单, 制作工艺也不复杂, 而且成本低廉. ' 尹晓波坦言, 他和杨荣贵算是 '科学家中的工程师' , 做的事情, 是将听起来颇为高大上的科学概念, 变成可能投入使用的技术.
据介绍, 目前实验室已经有了成型的材料生产线, 可以以5米/分钟的速率对300毫米宽的材料进行产出.
建一条通道, 开一个脑洞
那么, 材料究竟该怎么用呢?
杨荣贵笑称, 几乎所有采访他们的科技媒体, 都会问到这一问题. 但是, 它又不是一两句话就能解释清楚的.
'主要看你拿它来冷却什么了. ' 有的物体, 可以直接 '贴膜' 降温, 有的物体, 还需重新设计相关的热系统配合薄膜使用. 实际上, 科研人员研发出的廉价降温塑料膜, 不是一个立等可取, 拿了就用的 '空调' , 它更是一种降温的解决方案. '从科研成果到商业化产品, 中间步骤复杂. 这种材料有广阔的应用领域, 但还要针对不同的使用场景进行不同设计. ' 杨荣贵说.
外界对此材料报以热切的关注. 论文发表后, 两位教授收到了来自全球的数百封邮件, 来自南非, 新加坡和阿联酋的 '代理' 已经迫不及待伸出了橄榄枝. 杨荣贵觉得下一步要思考的是 '怎么用' 的问题. 对商业化的合作请求, 他们保持了审慎的态度.
'有时候想想, 如果地球和外太空能够通过热辐射连起来, 就有了很多新的可能. ' 尹晓波说, 这项研究或许也能给学界启发, 让更多科研人员思考. 这也算是 '开了一个脑洞' , 让科研人员找到利用外太空的更多可能性, '或许以后还能诞生很多我们现在没法想象的应用' .