气凝胶是当前最轻且优质的热绝缘材料, 其重量的9成以上都是空气. 但云雾状的浑浊外观, 意味着它们难以当做 '窗户' 来使用, 毕竟这是导致热量逃离建筑物的原因之一. 好消息是, 科罗拉多大学博尔德分校的研究人员们, 已经找到了将之变透明的方法, 重点是借助啤酒酿造时的副产品.
新型透明气凝胶, 被安置在一个压着玻璃板的浴缸中.
将空气困住, 是热绝缘体的一个关键. 普通衣服透风, 但羊毛和鹅绒等材料的表面积更大, 可以容纳更多空气, 从而实现更好的保暖效果.
气凝胶的主要组成部分也是空气, 这使得它们成为极佳的绝缘体, 并且已经普遍用于砖块, 小房子, 以及冬季夹克中.
然而要将它们变成窗户的话, 不得不考虑其独特的材料结构:
气凝胶具有十字交叉的固体材料结构, 能够产生数十亿个气孔来吸收空气, 但也散射出大量光线, 使它们有时看起来会被称作 '冷冻烟雾' .
拿着原材料 (来自于啤酒麦芽汁) 的Qingkun Liu.
为此, 团队着手开发一种更加透明的气凝胶. 它不仅可以安装在窗户上让光线通过, 还能保持住热量.
为此研究人员转向了纤维素材料, 这是一种常见的植物糖, 可以操纵其分子, 以均匀的格子图案连接起来. 但最机智的是, 他们采用了收购来的液体废弃物.
作为啤酒酿造的副产物, 啤酒麦汁通常会被工厂丢弃掉. 但在被该团队回收后, 他们添加了专门的细菌, 可以在大约两周的时间内, 从啤酒麦芽汁中制造纤维素.
对于手上的材料, 研究团队可以诱导纤维素自组装称纳米纤维, 然后用于制造凝胶. 最终结果是, 它不仅薄膜透明, 且高度耐热.
这种透明气凝胶的原材料, 属于啤酒制造的 '副产品' .
团队称, 透明气凝胶的最佳案例, 就是粘贴在窗户上的薄膜. 它可以大大提升隔热性, 在增加热效率的同时, 成本更加低廉.
研究合著者Andrew Hess称, 替换窗户的成本很高, 我们当前正在设想一种改装产品. 它与消费者在Home Depot等商场买到的剥离和粘贴薄膜差不多.
此外, 这项技术还有许多其它应用前景, 包括智能衣物, 汽车绝缘, 以及消防防护.
新型透明气凝胶样品, 可让窗户变成更好的绝缘体.
值得一提的是, 这些应用甚至可以闯出地球. 几个月前, 该团队赢得了美国宇航局 (NASA) 举办的2018 iTech竞赛, 作品是将气凝胶作为超凡脱俗的窗户绝缘体.
这份研究的通讯作者Ivan Smalyukh表示, 透明度是一项实用的功能, 因为你可以在窗户上使用这种凝胶, 甚至在外星生境中使用它.
你可以通过隔热材料采集和储存阳光的能量, 保护自己免受火星或月球上巨大的温差振荡.
有关这项研究的详情, 已经发表在近日出版的《纳米 能源》 (Nano Energy) 期刊上.
