新型辐射冷却织物可抵御城市高温

新型辐射冷却织物可抵御城市高温目前已有一些织物和建筑材料能利用辐射制冷（物体以中红外辐射形式向外释放热量）原理来降温，但这些材料大多只考虑了来自太阳的辐射，而没有考虑城市建筑物和路面发出的红外线辐射。新开发的织物同样利用了辐射制冷原理。它可以选择性地发出能逃离地球大气层的红外辐射，同时还能阻挡太阳辐射和周围建筑物发出的红外辐射，从而让人在“城市热岛”环境中保持凉爽。这种织物分3层：内层由羊毛或棉等常见服装面料制成；中层由银纳米线制成，能反射大部分阳光辐射；外层是由一种名为聚甲基戊烯的塑料材料制成，这种材料对大多数波长既不吸收也不反射，但会发射一小段红外辐射。室外测试显示，这种织物的温度比普通丝绸低8.9℃，比宽带发射型织物低2.3℃。在皮肤上测试时，这种织物的温度比棉织物低1.8℃。研究人员表示，从理论上讲，这种微小的温度差异可能使人在暴露于高温下仍感觉舒适的时间增加。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435223.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435223.htm

中科院研发的选择性增温薄膜可以保护农作物和基础设施免受寒夜侵袭

中科院研发的选择性增温薄膜可以保护农作物和基础设施免受寒夜侵袭地球的大气层对某些红外线波长（即热能）是透明的，这意味着它们可以直接穿过大气层，进入极度寒冷的太空。科学家们正在利用这一现象为建筑物开发辐射冷却系统，但这也是地表温度在一夜之间急剧下降的原因。这些温度波动以及霜冻和露水等后续影响会损坏农作物、电线以及其他暴露在自然环境中的设备和基础设施。主动升温通常需要使用加热器，这不仅消耗能源，还会对环境造成巨大影响。但在一项新的研究中，中国科学院的科学家们创造了一种被动工作的辐射供暖系统。研究小组创造了一种纳米光子薄膜，它可以选择性地反射和吸收不同波长的光，从而最大限度地为所覆盖的物体提供温暖。关键在于反射大气透明的8至14微米范围内的波长，同时吸收5至8和14至16范围内的波长（辐射波段）。这种薄膜由五层超薄的锗和硫化锌交替制成。这些材料在透明窗口的反射率为0.91，在辐射波段的吸收率为0.7。在室外测试中，薄膜成功地使覆盖表面比反射所有波长的表面保暖2.1°C（3.8°F），比吸收所有波长的表面保暖4.4°C（7.9°F）。这听起来像是毯子或其他基本覆盖物可以解决的问题，但研究小组表示，这种技术在保护易受损伤的表面和物体方面要有效得多。此外，如果将这种技术安装在建筑物上，就能使建筑物在一夜之间保持舒适的温度，同时还能节省一大笔能源费用。这项研究发表在《光：科学与应用》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398349.htm

世界上最白的材料有多白？反射掉98.1%的太阳光，或取代空调

世界上最白的材料有多白？反射掉98.1%的太阳光，或取代空调VantablackSurreyNanoSystems目前世界上最黑的材料是Vantablack，这个材料能够吸收99.96%的可见光，所以几乎没什么光线能够反射回我们眼睛，看起来相当黑，同时它也很热，只是由于它的导热性非常好很难感受到更加温暖而已。那么，你知道世界上最白的材料有多白，它又有多凉爽吗？最新反射冷却涂料相较于最黑的黑色，目前市面上的白色其实远无法达到过高的反射能力，因为材料吸收太阳光要比反射太阳光要容易得多。Vantablack是已经投入商用的材料，而那些投入商用的白色材料，对太阳光的反射能力其实通常只能达到80%-90%之间。2021年的时候，普渡大学的科研团队研发了一种新材料，它对阳光的反射能力最多能够达到98.1%，这个反射能力让它显得很白，被吉尼斯世界纪录评为世界上最白的材料。这个材料就是对应Vantablack研发的，就像Vantablack被用于吸收热量一样，研究人员希望通过这种超反射白色作为涂料来达到冷却的效果。这种通过反射冷却的材料被称为反射冷却涂料，目前市面上其实是有类似材料的，比如二氧化钛涂料，这种涂料也很白，涂上它有减缓升温的效果。二氧化钛相对于二氧化钛涂料，新研发的反射冷却涂料还有一个功能，就是它能够对周围环境起到降温的效果，就像空调的效果一样。而且实验室的数据显示，即便是在最热的地方，房子外面涂上它后，都能节省70%-80%的空调电费。那么这个新材料到底是什么呢？为什么有降温的效果呢？在继续了解新涂料之前，我们需要了解一个知识点，就是为什么材料被阳光照射后，它会升温？很多人可能都知道这是太阳辐射的效果，辐射导致材料分子运动，最终表现出来就是变热。由于黑色能够吸收更多的太阳辐射，所以它通常更容易被加热，而白色会反射掉一些辐射，所以它更不容易被加热。图：可见光在整个电磁波谱中的范围但是很多人可能不知道的是，我们看起来白色的材料其实并不代表它就能通过反射光线来达到不升温的效果。因为只要材料反射掉足够多的可见光，我们的眼睛看起来就会是白色的，而反射掉可见光不代表它不会吸收太阳辐射，可见光只是电磁波谱中很小的一部分而已。其实，对于大部分材料而言，真正导致它们被加热的也不是可见光波长范围的电磁辐射，而是长波——红外线部分的波长才是导致材料变热的主要原因。因为长波或红外线部分的电磁辐射与材料中的分子更容易产生良好的共振，从而使它们开始运动，进而变热。这个世界上最白的材料其实是硫酸钡（BaSO4），它是天然存在的矿物重晶石，人们很早就开始利用它作为颜料了，我们很多美白的化妆品里都有它。但是这次研究发现，通过调节硫酸钡的大小和浓度，可以让它反射和散射掉不同波长范围的电磁辐射。至于什么尺寸范围的硫酸钡颗粒最适合作为反射冷却涂料，报告中都没有提到过，估计是商业机密吧，因为这个涂料他们是希望投入商用的。总之，通过浓度和大小的调节，他们得到了一个最佳效果——能够反射掉98.1%的太阳光（不仅仅是可见光），只有大约1.9%的太阳辐射会被材料吸收。最重要的是，这个材料还有散射红外线热量的能力，所以它有能力冷却到周围环境温度，这点是现在最常用的二氧化钛白色涂料，以及其它几乎所有白色涂料所没有这个效果。该团队现在已经将新研发的材料——特定尺寸和浓度的硫酸钡用于油漆涂料，它们选择的油漆介子是丙烯酸，据信两者以6:4的比例调和效果最好（硫酸钡太少反射效果差，而太多油漆效果变差），这种涂料可以用作可降温的反射冷却涂料。该研究的作者通过计算得出，如果一个92.9平方米（1000平方英尺）的屋顶全部涂上这种涂料后可以产生10千瓦的冷却功率，这比大多数家庭使用的空调更强大。图：右边是在红外图像显示，涂了硫酸钡涂料的部分比周围冷许多而在现场测试中，该团队发现这种材料的喷漆表面始终比环境温度低至少4.5摄氏度，平均冷却功率为每平方米117瓦，不过在隆冬时节也会保持这种状态。对于大部分人和大部分地区而言，只要将房屋的外土气换成这种涂料，夏天基本可以完全不用开空调了。自20世纪70年代以来，科学家们就一直在寻找被动辐射冷却的方法，但到目前为止，硫酸钡的特定尺寸和浓度是最好的，最重要的是这种材料其实还比较便宜，毕竟天然存在。但是，也有很多科学家对这项研究提出质疑，因为作为涂料它必须禁得住世界的考验，必须在足够长的时间内保证自己不被污垢污染，不然它将失去效果，很明显这个科学团队目前还没有给出相应的使用数据。不管怎么样，现在减少空调的使用已经迫在眉睫，因为空调使用一直都在加速气候危机，而反射冷却涂料在对抗气候危机方面确实还不错，至少是个不错的方向，它非常节能。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370983.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370983.htm

由变色龙启发的建筑材料可改变其吸收或散发的热量

由变色龙启发的建筑材料可改变其吸收或散发的热量在炎热的日子里，这种材料可以发射出它所包含的高达92%的红外热量，帮助冷却建筑物内部。然而，在较冷的日子里，这种材料只发出7%的红外线，帮助建筑物保持温暖。"我们基本上想出了一种低能耗的方法来对待建筑物，就像对待一个人一样；当你冷的时候，你就加一层，当你热的时候，你就脱一层，"领导这项研究的许宝春助理教授说，他发表在《自然可持续性》上。"这种智能材料让我们在没有大量能源的情况下保持建筑物的温度"。受气候变化的驱动根据一些估计，建筑物占全球能源消耗的30%，并排放了全球所有温室气体的10%。这一能源足迹的大约一半归因于室内空间的加热和冷却。"长期以来，我们大多数人都认为室内温度控制是理所当然的，没有想过它需要多少能源，"许说。"如果我们想要一个负碳的未来，我认为我们必须考虑多样化的方式，以更节能的方式控制建筑温度。"研究人员先前已经开发了辐射冷却材料，通过提高其发射红外线的能力来帮助保持建筑物的温度，红外线是人和物体辐射出来的无形热量。也有一些材料可以在寒冷的气候中防止红外线的发射。这种材料包含一个可以采取两种构象的层：保留大部分红外线热量的固体铜，这有助于保持建筑物的温暖；或者是发射红外线的水溶液，这可以帮助冷却建筑物"一个简单的思考方式是，如果你有一个完全黑色的建筑面向太阳，它将比其他建筑更容易升温，"PME研究生隋晨曦说，他是新手稿的第一作者。这种被动加热在冬天可能是一件好事，但在夏天就不是了。随着全球变暖导致极端天气事件和多变的天气越来越频繁，建筑物需要能够适应；很少有气候需要全年供暖或全年空调。从金属到液体再到液体许和他的同事设计了一种不可燃的"电致变色"建筑材料，它包含一个可以呈现两种构象的层：保留大部分红外线热量的固体铜，或发射红外线的水溶液。在任何选定的触发温度下，该设备可以通过将铜沉积到薄膜中，或将铜剥离，使用极少量的电力来诱导两种状态之间的化学变化。在这篇新论文中，研究人员详细说明了该装置如何在金属和液体状态之间快速和可逆地切换，即使经过1800次循环，在两种构象之间切换的能力仍然有效，因此这种智能材料可以在不需要大量能源的情况下保持建筑物的温度。该团队创建了模型，说明他们的材料如何能在美国15个不同城市的典型建筑中减少能源成本。他们报告说，在一个普通的商业建筑中，用于诱导材料电致变色的电力将不到该建筑总用电量的0.2%，但可以节省该建筑每年HVAC能耗的8.4%。"一旦你在不同的状态之间切换，你不需要应用更多的能量来保持任何一种状态，"许说。"因此，对于你不需要在这些状态之间频繁切换的建筑，它的用电量真的可以忽略不计。"扩大规模到目前为止，许的小组只创造了大约六厘米宽的材料碎片。然而，他们设想，许多这样的材料碎片可以像瓦片一样被组装成更大的板材。他们说，这种材料也可以进行调整，以使用不同的定制颜色--水相是透明的，几乎任何颜色都可以放在它后面而不影响其吸收红外线的能力。研究人员现在正在研究制造这种材料的不同方法。他们还计划探究该材料的中间状态如何能够发挥作用。"我们证明了辐射控制可以在整个不同季节控制广泛的建筑温度方面发挥作用，我们正在继续与工程师和建筑部门合作，研究这如何能够为一个更可持续的未来做出贡献"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343391.htm

蜡制自适应瓷砖从根本上减少了供暖和制冷能耗

蜡制自适应瓷砖从根本上减少了供暖和制冷能耗加州大学伯克利分校的自适应屋顶瓦片由蜡的相位变化驱动，可以被动地稳定室温，从根本上降低供暖和制冷的能源成本打开百叶窗后，会露出第二层，这一层涂有白色硫酸钡材料，这种材料以其红外发射特性和出色的辐射冷却效果而闻名，因此有助于将空间中的热量吸出并送走。黑色封闭表面吸收热量，发出极少量红外辐射。白色开放表面反弹热量，并发出大量红外辐射图/UCSantaBarbara但这里真正精妙的部分是打开和关闭百叶窗的蜡电机。蜡在熔化时会大幅膨胀，因此研究小组选择了一种熔点为18.2°C（64.8°F）的蜡，并设计了一个系统，使膨胀能够驱动活塞，在蜡熔化时将百叶窗推开，在蜡凝固时将其拉回。蜡电机安装在屋顶下，因此它们会对室内的温度做出反应。研究人员说，百叶窗完全打开和关闭的范围小于3°C（5.4°F），因此它们能在白天升温或降温时迅速做出反应，不断将温度推向18°C的熔点，无论温度偏离哪种方向。研究小组将自适应瓦片与两种静态对照进行了测试--一种使用黑色铬涂层铝表面，另一种使用白色硫酸钡涂料，结果发现，与白色瓦片相比，自适应瓦片在夜间可将热量损失减少2.6倍；与静态黑色瓦片相比，自适应瓦片在炎热的白天可将热量输入减少"至少3.1倍"--这两个数字都是以维持18.2°C温度所需的能量增减来衡量的。蜡质电机本身并不新鲜；加州大学伯克利分校的研究小组指出，它们常用于洗碗机、洗衣机以及航空航天领域。但使用蜡电机驱动这样的温度控制系统却是一个新领域，在建筑物的被动加热和冷却方面具有明显的潜力。研究小组说，蜡本身可以根据具体目标进行选择，不同的热涂层也可能使系统更适用于制造和使用地点。自适应瓷砖与静态黑白瓷砖的实验装置图/美国加州大学圣巴巴拉分校机械工程教授埃利奥特-霍克斯（ElliotHawkes）说："这个装置仍然是一个概念验证，但我们希望它能带来新技术，有朝一日能对建筑物的能源消耗产生积极影响。"该论文发表在《设备》（Device）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404703.htm

受生物启发的变色涂料既可为房屋增温 也可为房屋降温

受生物启发的变色涂料既可为房屋增温也可为房屋降温该图表说明了受变色龙启发的涂层如何对炎热和寒冷的室外温度做出反应图/美国化学学会变色龙原产于非洲西南部，当环境温度升高时，它的皮肤会变成浅灰色。这样做可以反射射入阳光中的高温红外线波长，防止身体过热。然而，当气温下降时，爬行动物的皮肤就会呈现出深褐色的吸热颜色。在哈尔滨工业大学王富强教授的带领下，一个国际科学家团队着手将这种功能复制到一种可变色的液体涂层中，并将其应用于房屋和其他建筑物的屋顶和外墙。这种"温度适应性辐射冷却涂层"（TARCC）含有微胶囊，其中填充了聚偏氟乙烯，这种化学物质会随着温度的变化而改变颜色。为了测试这种涂层，研究人员将其涂在铝箔覆盖的聚苯乙烯盒子上，然后让其干燥成膜。当薄膜被加热到68ºF（20ºC）时，颜色开始从深灰色变为浅灰色。当温度达到86ºF（30ºC）时，它的颜色变得非常浅，可以反射高达93%的太阳辐射。在随后的实验中，TARCC被应用于微型房屋式室外建筑，并在整个四季中对其进行监测。作为对照，其他相同的结构则覆盖了普通白色涂料、被动辐射冷却涂料和蓝色钢瓦。在炎热的夏季，TARCC不仅比白色涂料和钢瓦凉爽得多，而且是唯一一种能在春秋两季室外温度全天波动时在加热和冷却状态之间切换的材料。有关这项研究的论文最近发表在《纳米快报》（NanoLetters）杂志上。另外一个有趣的现象是，麻省理工学院的科学家们之前开发出了受变色龙启发的Thermeleon屋顶瓦片，这种瓦片可以根据温度变化在黑白两种颜色之间切换。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385545.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385545.htm