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胡良兵教授和尹晓波教授等合作 Science(辐射制冷结构材料):将超级木头送热上太空,辐射制冷效果高达10度,强度媲美钛合金
2019-05-24  来源:ScienceAAAS、知社学术圈

  今天,马里兰大学胡良兵教授团队和科罗拉多大学尹晓波教授团队合作报道了一种可以自动降温的高性能结构材料。这种材料通过一种新型被动辐射冷却技术产生永久散热路径:通过大气透明窗口将热量从这些结构散发到具有零能耗的超冷宇宙中。辐射制冷效果高达10度,而强度媲美钛合金。该篇文章发表Science上。DOI: 10.1126/science.aau9101。

  由于木材纤维素的低光学损耗和无序的光子结构,降温木材呈现出极高的光学白度,不吸收可见光。降温木材中保持了原始木材有序排列的微米孔洞和纳米纤维素,其多尺度纤维和通道作为随机和无序的散射单元,对可见光光谱具有强烈的宽带反射。降温木材中纤维素的分子振动和拉伸有利于在红外区,尤其是8至13微米的大气透明窗口区域,产生强烈发射。因此,降温木材通过大气窗口辐射到宇宙中的热量超过其吸收的太阳辐射能量,从而实现无需任何能源输入的比环境温度更低的制冷。

图1.(A)天然木材和(B)降温木材的照片。(C)降温木材的SEM图像中显示出排列整齐的微米级通道和 (D)纳米级纤维素。(E)木头的多孔结构表现出太阳光谱的强烈散射示意图。(F)纤维素官能团的分子振动引起的红外发射示意图。(G)降温木头性能的实时测量。

  降温木材在夜间和白天(上午11点至下午2点)的平均冷却功率分别为63 W/m2和16 W/m2。全天的平均冷却功率为约50 W/m2。夜间和白天分别能够实现平均低于环境温度>9 ℃和>4 ℃的降温。

  与天然木材相比,降温木材的机械强度提高了约8.7倍,韧性提高了10.1倍。更是超过了钢、铝、镁、钛四大合金。

  该团队使用木材这种可再生和可持续的生物材料,来实现辐射发射的方法,与以前的利用纳米光子谐振器的策略有所不同。马里兰大学的胡良兵教授表示:“这是我们研究组实现的木头和纤维素纳米技术的又一重大进步:降温木材仅由木材制成,也就是说,没有任何其他例如聚合物的成分,可以作为绿色建筑材料有效冷却您的房屋”。该团队的李恬博士表示,“这种木材通过大气透明窗口将热量辐射到超冷的宇宙中去,不需要任何能量输入,可以有效减缓全球变暖和能源危机。

  论文链接:https://science.sciencemag.org/content/364/6442/760

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(责任编辑:xu)
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