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胡良兵教授和尹曉波教授等合作 Science(輻射制冷結構材料):將超級木頭送熱上太空,輻射制冷效果高達10度,強度媲美鈦合金
發布:blast_k   時間:2019/5/27 12:12:38   閱讀:404 
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今天,馬里蘭大學胡良兵教授團隊和科羅拉多大學尹曉波教授團隊合作報道了一種可以自動降溫的高性能結構材料。這種材料通過一種新型被動輻射冷卻技術產生永久散熱路徑:通過大氣透明窗口將熱量從這些結構散發到具有零能耗的超冷宇宙中。輻射制冷效果高達10度,而強度媲美鈦合金。該篇文章發表在Science上。DOI: 10.1126/science.aau9101。

由于木材纖維素的低光學損耗和無序的光子結構,降溫木材呈現出極高的光學白度,不吸收可見光。降溫木材中保持了原始木材有序排列的微米孔洞和納米纖維素,其多尺度纖維和通道作為隨機和無序的散射單元,對可見光光譜具有強烈的寬帶反射。降溫木材中纖維素的分子振動和拉伸有利于在紅外區,尤其是8至13微米的大氣透明窗口區域,產生強烈發射。因此,降溫木材通過大氣窗口輻射到宇宙中的熱量超過其吸收的太陽輻射能量,從而實現無需任何能源輸入的比環境溫度更低的制冷。


圖1.(A)天然木材和(B)降溫木材的照片。(C)降溫木材的SEM圖像中顯示出排列整齊的微米級通道和 (D)納米級纖維素。(E)木頭的多孔結構表現出太陽光譜的強烈散射示意圖。(F)纖維素官能團的分子振動引起的紅外發射示意圖。(G)降溫木頭性能的實時測量。

降溫木材在夜間和白天(上午11點至下午2點)的平均冷卻功率分別為63 W/m2和16 W/m2。全天的平均冷卻功率為約50 W/m2。夜間和白天分別能夠實現平均低于環境溫度>9 ℃和>4 ℃的降溫。


 
與天然木材相比,降溫木材的機械強度提高了約8.7倍,韌性提高了10.1倍。更是超過了鋼、鋁、鎂、鈦四大合金。


 
該團隊使用木材這種可再生和可持續的生物材料,來實現輻射發射的方法,與以前的利用納米光子諧振器的策略有所不同。馬里蘭大學的胡良兵教授表示:“這是我們研究組實現的木頭和纖維素納米技術的又一重大進步:降溫木材僅由木材制成,也就是說,沒有任何其他例如聚合物的成分,可以作為綠色建筑材料有效冷卻您的房屋”。該團隊的李恬博士表示,“這種木材通過大氣透明窗口將熱量輻射到超冷的宇宙中去,不需要任何能量輸入,可以有效減緩全球變暖和能源?;?。

論文鏈接:https://science.sciencemag.org/content/364/6442/760

來源:ScienceAAAS、知社學術圈

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