這是一種50微米厚的塑料膜. 普通的塑料膜, 裡麵包裹著普通的, 但是直徑為8微米的玻璃珠子. 它被媒體稱為 '不插電不耗油就能給地球降溫' 的材料.
玻璃本就是很好的紅外輻射材料, 當把它做成微小的, 肉眼幾乎看不見的玻璃球後, 其紅外熱輻射變得更為強烈, 甚至比玻璃本身的熱輻射能力超出一個數量級. 這些長波段(8—14微米)的紅外輻射, 可以躲過地球大氣的圍追堵截, 去往太空.
這種降溫材料誕生在美國科羅拉多大學的實驗室. 兩位華裔教授楊榮貴和尹曉波是它的主要發明人. 2月9日, 相關論文在《自然》上線上發表.
近日, 楊榮貴和尹曉波教授接受了科技日報記者的專訪, 回答了很多人的疑問—— '有這麼神奇嗎?'
把外太空變成地球廢熱的垃圾場
熱會從高溫向低溫傳遞, 任何絕對溫度不為零的物體, 都會向周圍的空間輻射能量. 相比地球, 外太空是一個絕佳的熱量垃圾場——它寒冷, 而且廣袤無垠.
'熱的傳遞有三種方式, 對流, 傳導和輻射. ' 楊榮貴解釋說, 輻射是唯一一種不需要中間介質的熱傳遞方式. 但是, 要藉助輻射把廢熱準確扔進宇宙垃圾場, 還需要一樣東西幫忙, 即 '地球大氣窗口' .
地球大氣對大部分電磁波輻射 '嚴加防守' ;但對一小部分卻 '高抬貴手' , 特定波段的電磁波輻射可以逃過大氣的 '反射' '吸收' 和 '散射' , 直接穿透大氣, 抵達太空. 也就是說, 對某些波段(8—14微米)的電磁輻射來說, 大氣是透明的.
所以, 如果有一種材料, 能夠將熱量轉化為這一特定波段的電磁波, 熱量垃圾就能離開地球, 並且一去不回.
把科學概念變成可用技術
楊榮貴和尹曉波發明的這種降溫 '塑料膜' , 是一種新型複合 '超材料' . 所謂超材料, 是指依靠特殊的結構, 讓材料呈現出天然材料所不具備的超常甚至反常物理性質, 比如說 '隱身' 和 '隱聲' 材料.
楊榮貴和尹曉波發明的這種新穎的超材料能向外發射8—14微米波長的電磁波, 而且輻射率最高可以達到95%. 這一波長的輻射可以輕鬆穿過地球大氣紅外窗口, 抵達太空.
如果在 '塑料膜' 的背後再鍍上一層薄薄的金屬膜, 則可以反射太陽光, 進一步提升其製冷效果. 實驗顯示, 該材料在中午陽光直射下, 具有最高可達93瓦特/平方米的輻射製冷功率, 讓與它直接接觸的物體降溫10到16攝氏度.
依靠熱輻射給物體降溫的想法, 在學界早已存在. 斯坦福大學範汕洄研究團隊, 也在這一領域做過諸多嘗試. 2014年, 他們曾經研發出一種輻射製冷納米光學材料, 也有不錯的降溫效果. 但這種材料對生產條件要求苛刻, 成本過高, 難以大規模推廣應用.
'我們的論文之所以能夠引起這麼大反響, 關鍵在於我們的光學超材料的結構非常簡單, 製作工藝也不複雜, 而且成本低廉. ' 尹曉波坦言, 他和楊榮貴算是 '科學家中的工程師' , 做的事情, 是將聽起來頗為高大上的科學概念, 變成可能投入使用的技術.
據介紹, 目前實驗室已經有了成型的材料生產線, 可以以5米/分鐘的速率對300毫米寬的材料進行產出.
建一條通道, 開一個腦洞
那麼, 材料究竟該怎麼用呢?
楊榮貴笑稱, 幾乎所有採訪他們的科技媒體, 都會問到這一問題. 但是, 它又不是一兩句話就能解釋清楚的.
'主要看你拿它來冷卻什麼了. ' 有的物體, 可以直接 '貼膜' 降溫, 有的物體, 還需重新設計相關的熱系統配合薄膜使用. 實際上, 科研人員研發出的廉價降溫塑料膜, 不是一個立等可取, 拿了就用的 '空調' , 它更是一種降溫的解決方案. '從科研成果到商業化產品, 中間步驟複雜. 這種材料有廣闊的應用領域, 但還要針對不同的使用場景進行不同設計. ' 楊榮貴說.
外界對此材料報以熱切的關注. 論文發表後, 兩位教授收到了來自全球的數百封郵件, 來自南非, 新加坡和阿聯酋的 '代理' 已經迫不及待伸出了橄欖枝. 楊榮貴覺得下一步要思考的是 '怎麼用' 的問題. 對商業化的合作請求, 他們保持了審慎的態度.
'有時候想想, 如果地球和外太空能夠通過熱輻射連起來, 就有了很多新的可能. ' 尹曉波說, 這項研究或許也能給學界啟發, 讓更多科研人員思考. 這也算是 '開了一個腦洞' , 讓科研人員找到利用外太空的更多可能性, '或許以後還能誕生很多我們現在沒法想象的應用' .