嵌上 | '玻璃珠' | 这种塑料膜能把热量送往外太空

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' .

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