氣凝膠是當前最輕且優質的熱絕緣材料, 其重量的9成以上都是空氣. 但云霧狀的渾濁外觀, 意味著它們難以當做 '窗戶' 來使用, 畢竟這是導致熱量逃離建築物的原因之一. 好消息是, 科羅拉多大學博爾德分校的研究人員們, 已經找到了將之變透明的方法, 重點是藉助啤酒釀造時的副產品.
新型透明氣凝膠, 被安置在一個壓著玻璃板的浴缸中.
將空氣困住, 是熱絕緣體的一個關鍵. 普通衣服透風, 但羊毛和鵝絨等材料的表面積更大, 可以容納更多空氣, 從而實現更好的保暖效果.
氣凝膠的主要組成部分也是空氣, 這使得它們成為極佳的絕緣體, 並且已經普遍用於磚塊, 小房子, 以及冬季夾克中.
然而要將它們變成窗戶的話, 不得不考慮其獨特的材料結構:
氣凝膠具有十字交叉的固體材料結構, 能夠產生數十億個氣孔來吸收空氣, 但也散射出大量光線, 使它們有時看起來會被稱作 '冷凍煙霧' .
拿著原材料 (來自於啤酒麥芽汁) 的Qingkun Liu.
為此, 團隊著手開發一種更加透明的氣凝膠. 它不僅可以安裝在窗戶上讓光線通過, 還能保持住熱量.
為此研究人員轉向了纖維素材料, 這是一種常見的植物糖, 可以操縱其分子, 以均勻的格子圖案連接起來. 但最機智的是, 他們採用了收購來的液體廢棄物.
作為啤酒釀造的副產物, 啤酒麥汁通常會被工廠丟棄掉. 但在被該團隊回收後, 他們添加了專門的細菌, 可以在大約兩周的時間內, 從啤酒麥芽汁中製造纖維素.
對於手上的材料, 研究團隊可以誘導纖維素自組裝稱納米纖維, 然後用於製造凝膠. 最終結果是, 它不僅薄膜透明, 且高度耐熱.
這種透明氣凝膠的原材料, 屬於啤酒製造的 '副產品' .
團隊稱, 透明氣凝膠的最佳案例, 就是粘貼在窗戶上的薄膜. 它可以大大提升隔熱性, 在增加熱效率的同時, 成本更加低廉.
研究合著者Andrew Hess稱, 替換窗戶的成本很高, 我們當前正在設想一種改裝產品. 它與消費者在Home Depot等商場買到的剝離和粘貼薄膜差不多.
此外, 這項技術還有許多其它應用前景, 包括智能衣物, 汽車絕緣, 以及消防防護.
新型透明氣凝膠樣品, 可讓窗戶變成更好的絕緣體.
值得一提的是, 這些應用甚至可以闖出地球. 幾個月前, 該團隊贏得了美國宇航局 (NASA) 舉辦的2018 iTech競賽, 作品是將氣凝膠作為超凡脫俗的窗戶絕緣體.
這份研究的通訊作者Ivan Smalyukh表示, 透明度是一項實用的功能, 因為你可以在窗戶上使用這種凝膠, 甚至在外星生境中使用它.
你可以通過隔熱材料採集和儲存陽光的能量, 保護自己免受火星或月球上巨大的溫差振蕩.
有關這項研究的詳情, 已經發表在近日出版的《納米 能源》 (Nano Energy) 期刊上.
