色彩鲜艳的薄膜可为汽车和建筑提供高效的被动冷却效果

色彩鲜艳的薄膜可为汽车和建筑提供高效的被动冷却效果表面的颜色来自于它所吸收和反射的特定波长光的混合。通常，颜色越深，吸收的光就越多，这些能量最终会加热材料。这就是为什么当一辆黑色汽车放在阳光下时，车内感觉比一辆白色汽车更热的原因。但在这项新研究中，深圳大学和上海交通大学的科学家们开发出了一种完全不吸收任何光线的薄膜，同时还能产生鲜艳的颜色。这可以帮助建筑物、车辆或其他物体保持更低的温度，同时还能降低空调的成本和对环境的影响。这项研究的首席研究员王国平说："在建筑物中，大量能源被用于制冷和通风，而电动汽车中空调的运行会使行驶里程减少一半以上。我们的冷却薄膜有助于推动能源的可持续发展和碳中和。"薄膜结构示意图：交替含有多层二氧化钛和二氧化铝（多层），然后是一层粗糙的磨砂玻璃（无序），最后是一层银（反射器）。这种新型薄膜之所以能发挥作用，关键在于它的纳米级结构。蝴蝶翅膀或孔雀羽毛等表面上错综复杂的图案会将特定颜色的光扩散到大面积区域，使其呈现出该颜色的外观。研究小组的薄膜由二氧化钛和二氧化铝交替层叠而成，上面是一层较厚的粗糙磨砂玻璃，具有散射光线的无序纹理。底层是由纯银制成的反射器，确保光线完全不被吸收。通过调整各层的具体特性，研究小组制作出了呈现蓝色、黄色或无色的薄膜。然后，他们在夏季和冬季的白天，在建筑物屋顶、汽车、布料和手机上测试了不同颜色的薄膜样本，并测量了它们的温度。果然，他们发现这些薄膜的温度大大低于所贴表面的温度--冬季超过15°C（27°F），夏季则高达35°C（63°F）。王说："得益于我们开发的分层结构，我们能够将被动冷却方法从无色物体扩展到有色物体，同时保持色彩性能。换句话说，我们的蓝色薄膜在很大的视角范围内看起来都是蓝色的，而且不会发热，因为它能反射所有的光线。此外，通过优化结构，还可以实现高饱和度和高亮度。"在未来的工作中，该团队计划研究将银层换成铝，这样可以降低材料的成本，更容易制造。他们还打算优化其他性能，使其更加坚固耐用。这项研究发表在《光学》（Optica）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375477.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375477.htm

超黑薄膜涂层可应用于航空航天和光学领域 为下一代望远镜创造可能

超黑薄膜涂层可应用于航空航天和光学领域为下一代望远镜创造可能在AIP出版社出版的《真空科技A》杂志上，上海理工大学和中国科学院的研究人员开发出了一种用于航空航天级镁合金的超黑薄膜涂层。他们的涂层能吸收99.3%的光线，同时经久耐用，足以在恶劣条件下生存。对于在真空空间中运行的望远镜或在极端环境中使用的光学设备来说，现有的涂层往往是不够的。"现有的黑色涂层，如垂直排列的碳纳米管或黑硅，都受到易碎性的限制，"作者曹韫真博士说。"许多其他镀膜方法也很难在管内或其他复杂结构上进行镀膜。这对于它们在光学设备中的应用非常重要，因为它们通常具有明显的曲率或复杂的形状。"为了解决这些问题，研究人员转而采用原子层沉积（ALD）技术。利用这种基于真空的制造技术，将目标放置在真空室中，然后依次接触特定类型的气体，这些气体会以薄层形式附着在物体表面。曹说："ALD方法的一大优势在于其出色的阶跃覆盖能力，这意味着我们可以在圆柱、支柱和沟槽等非常复杂的表面上获得均匀的薄膜覆盖。"为了制作超黑涂层，研究小组交替使用了掺铝碳化钛（TiAlC）和氮化硅（SiO2）。这两种材料共同作用，几乎可以阻止所有光线从涂层表面反射出来。"TiAlC作为吸收层，而SiO2则用于创建抗反射结构。因此，几乎所有的入射光都被截留在多层薄膜中，实现了高效的光吸收。在测试中，研究小组发现，从400纳米的紫外线到1000纳米的近红外线，各种波长光的平均吸收率为99.3%。通过使用特殊的阻隔层，他们甚至可以将涂层应用到镁合金上，镁合金通常用于航空航天领域，但很容易被腐蚀。此外，这种薄膜在恶劣环境中表现出超强的稳定性，足以承受摩擦、高温、潮湿环境和极端温度变化。作者希望他们的涂层能用于增强在最极端条件下工作的太空望远镜和光学硬件，并正在努力进一步提高其性能。曹说："现在，这种薄膜可以吸收99.3%以上的入射可见光，我们希望进一步扩大它的光吸收范围，将紫外线和红外线区域也包括在内。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423608.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423608.htm

腌渍的农作物被视为应对气候危机的有力工具

腌渍的农作物被视为应对气候危机的有力工具随着像二氧化碳这样的温室气体排放继续增加，以及部分由这些排放引起的气候反馈回路的加速，找到从空气中吸碳的方法比以往任何时候都更重要。问题是，直接空气捕集（DAC）技术，如东京都立大学的研究人员去年开发的快速而高效的技术，其建设和维护成本可能相当高。例如，在世界最大的碳捕集厂（预计今年在怀俄明州开业），从空气中抓取一吨碳将花费600美元，尽管该项目开发商希望最终将成本降至百美元范围。即使是每吨100美元，考虑到我们每年需要从大气中移除近10亿吨碳来实现当前的气候目标，其成本也将是巨大的。因此，这使得科学家们争先恐后地寻找其他方法，以一种更具成本效益的方式从空气中获取碳。今年早些时候，麻省理工学院的科学家们提出了一种相对便宜的方法，将碳从世界海洋中移除，以便它们能够从大气中吸收更多的碳，而去年加州大学伯克利分校的化学家们提出使用一种叫做三聚氰胺（就是我们熟知的那种）的廉价材料来抓取烟囱和尾气管中的碳。另一种从空气中捕获碳的廉价方法是通过所谓的农业固存，但这种技术实际上涉及到种植能够封存碳的作物（如某些草），然后将这些作物深埋在地里。问题是，当细菌开始分解这些作物时，碳将会被重新释放到大气中。为了克服这一障碍，伯克利的科学家们想出了一个简单的解决方案：盐。首先将农作物晒干，然后将它们埋在铺有两毫米厚聚乙烯层的生物质坑中，再加入盐，这些农作物就可以在地下保持其碳储存几个世纪。一项关于该方法的新研究的共同作者HarryDeckman说："对于许多最近流行的基于自然和农业的技术，存在着关于长期封存的重大问题。我们提出的农业封存方法可以稳定地封存盐干生物质中的碳数千年，与其他这些空气捕集技术相比，成本更低，碳效率更高。"研究人员说，与DAC技术不同，他们的解决方案每捕获和封存一吨二氧化碳的成本只有约60美元。更重要的是，这个过程将是负碳的，因为每吨干生物质可以封存两吨的二氧化碳。该团队列出了一份高产植物清单，并表示大多数植物可以在边缘农田种植，其中大部分目前没有被用来种植农作物。他们还说，一个1公顷的坑可以容纳来自10000公顷生物质的材料。利用这些计算，研究人员说，只需要世界上十五分之一的耕地、森林和牧场就可以封存世界上一半的温室气体排放。Yablonovitch说："要清除所有产生的碳需要大量的农田，但这是一个实际可以提供的农田数量。这对农民来说也将是个好消息，因为有的农田目前还没有得到充分利用。"这项研究已经发表在《美国科学院》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354455.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354455.htm

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

科学家用激光冷却小薄膜 接近绝对零度

科学家用激光冷却小薄膜接近绝对零度开普勒的理论认为，光被物体反射时会产生一种力。这一观点也为彗尾总是指向远离太阳的现象提供了解释。在巴塞尔实验中，一束激光照射到薄膜上（中间正方形）。通过光纤电缆（紫色）延迟反射的激光，薄膜被冷却到绝对零度的千分之一以下。资料来源：巴塞尔大学物理系如今，科学家们利用光的作用力来减缓原子和其他粒子的速度并使其冷却。通常情况下，要做到这一点需要一个复杂的仪器。现在，由PhilippTreutlein教授和PatrickPotts教授领导的巴塞尔大学研究小组只用激光就成功地将一层薄薄的膜冷却到接近绝对零度零下273.15摄氏度。他们最近在科学杂志《物理评论X》上发表了他们的研究成果。研究论文的第一作者、物理学家、博士生玛丽斯-恩泽（MaryseErnzer）说："我们的方法之所以特别，是因为我们不需要进行任何测量就能实现这种冷却效果。根据量子力学定律，测量（通常是反馈回路的要求）会导致量子状态的改变，从而产生干扰。"为了避免这种情况，巴塞尔的科学家们开发了一种所谓的相干反馈回路，其中激光既是传感器，又是阻尼器。通过这种方式，他们抑制并冷却了由硝酸硅制成的薄膜的热振动，该薄膜的大小约为半毫米。在实验中，研究人员将一束激光照射到薄膜上，并将薄膜反射的光线输入光缆。在此过程中，膜的振动导致反射光的振荡相位发生微小变化。然后，利用振荡相位中包含的膜瞬时运动状态信息，加上时间延迟，在适当的时刻用同样的激光对膜施加适当的力。恩泽解释说："这有点像在适当的时候用脚短暂接触地面，从而减缓秋千的速度。为了实现约100纳秒的最佳延迟，研究人员使用了一条30米长的光纤电缆。""波茨教授和他的合作者对这项新技术进行了理论描述，并计算出了我们有望达到最低温度的设置；实验证实了这一点"，作为博士后参与这项研究的马内尔-博斯奇-阿奎莱拉博士说。他和他的同事能够将膜冷却到480微开尔文--比绝对零度高出不到千分之一。下一步，研究人员希望改进他们的实验，使膜达到可能的最低温度--即膜振荡的量子力学基态。在此之后还能创造出所谓的膜挤压态。这种状态对制造传感器特别有意义，因为它们可以实现更高的测量精度。这种传感器的可能应用包括原子力显微镜，用于以纳米分辨率扫描表面。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377315.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377315.htm

地球越来越热 能不能不用任何能量就制冷？还真可以

地球越来越热能不能不用任何能量就制冷？还真可以根据中国电力报的报道，现在中国是全世界最大的制冷产品生产、消费和出口国，2019年中国制冷用电量就已经超过了全社会用电量的15%以上。制冷设备工作的用电量与所需调节的温度有关系，所以随着地球越来越热，制冷设备的用电量将持续增加，这将会是一个可怕的数字。GridEngine所以现在寻找降低热量的替代方案似乎已经迫在眉睫，好消息是，现实中还确实有办法在不耗电或者损毁其它任何能源的情况下给物体降温。这听起来似乎难以置信，但通过使用正确的材料，可以让物体辐射的能量多于吸收的能量，从而将其温度降低几度，这个被称为辐射冷却。万物都在发光有多种方式可以让物体发光，其中最简单的方法就是让它变得更热，这就是传统白炽灯泡的工作原理，电流流过灯泡内部的灯丝，使灯丝变得很热，从而发光。但是那些不太热的东西要怎么发光呢，比如一颗土豆它要怎么发光呢？这里请记住，光是一种电磁波，所有这些波都以光速传播，只是彼此波长不同。如果这种电磁波的波长在400到700纳米之间，那么它就会被我们的肉眼检测到，因此被称为可见光。MarcelloCasalJr/AgênciaBrasil在温室下，土豆产生的电磁波最大强度为9.8微米，它处在电磁波谱红外线部分，我们无法用肉眼看见，但可以用红外摄像机看到。不仅是土豆，实际上任何存在温度的物体都在向外散发红外线，因为红外辐射的主要来源就是热量或热辐射。那么，这和冷却有什么关系呢？其实，这就意味着所有物体都可以传递热能，而传递热能则意味着一个冷却，另外一个变热。我们知道，物体可以通过三种方式与其他物体发生热相互作用，常见是热传导和对流。热传导就是两个不同温度的物体接触时，热能从较热的物体转移到较冷的物体；而对流则适用于气体和液体，将热量进行传递。第三种类型的热相互作用便是辐射，当热物体发出红外辐射时，该辐射可以被其他物体吸收并将其加热，烤箱就是这样工作的。DryPot你把想要热的东西放进烤箱，加热元件就会变得非常热，产生红外辐射，食物吸收红外辐射并被升高温度。现在想象一下，你预热好烤箱，然后将其关闭，再将土豆放入其中，这时热烤箱依然在向外发出红外辐射，而土豆将会吸收大部分辐射，结果：土豆变热，烤箱变凉。这并不是烤土豆的正确方法，但关键是当物体产生红外辐射时，它就会被冷却。我们前面提到过，我们周围的一切都在发射红外辐射，那么一切不是都应该变得更冷吗？当然，很明显这并没有发生，这是因为当附近的所有物体都具有相同的温度时，它们就不会因辐射而冷却。那么这个时候的物体的红外辐射又将传递到哪里呢？答案是太空！在冬天的时候，其实我们可以仅通过观察天空来判断夜晚是否会寒冷。在无云的夜晚，地面会辐射红外能量，这种能量的损失会使地面变冷。但并非所有能量都会逃逸，比如大气中的二氧化碳可以捕获一些红外波长。这就是它能造成温室效应的原因。但较小范围的红外波长（8至13微米之间）可以穿过大气层并进入太空，这个范围称为“红外窗口”。但这只适用于夜晚万里无云的情况，因为云层可以阻挡红外线窗口，因此能量又会反射回地面。所以，万里晴空的越晚往往更加寒冷，多云的时候则会不那么冷。这种效果在白天则不太明显，因为白天地面散发的热量，远没有从太阳那里吸收的热量多。这就是为什么地球表面集体降温，而不用有任何物体升温的原因所在，因为真正需要升温的是太空。发射到太空的辐射最终可能会撞击月球并提高月球的温度，或者可能会永远向外传播。那么现在还有一个问题，当阳光照射时，是否有可能使物体变得比环境温度更冷呢？在继续讨论之前，也就是我们要真正了解辐射冷却的工作原理之前，我们还需要考虑另一个非常重要的属性，那就是材料的反射率和发射率。发射率指的是材料发射红外能量能力的量度，测量范围通常为0.00到1.00，而反射率是指从材料表面反射的电磁波能力，范围也是0.00到1.00。一种材料的发射率越接近1.00，该材料则越倾向于吸收红外能量，只发射自己的红外能量。反射率则正好相反。反射率和发射率都取决于光的波长，但这里需要提一下，某些东西在可见光谱（400-700nm波长）中反射性不强，但并不意味着它对红外波长（大约10微米）的反射作用相同。所以，如果材料或者混合材料合适的话，是可以做到在阳光照射下依然具有冷却效果的，只要它具有高反射率和高红外发射率（特别是在8至13微米波长之间）。图：目前世界上最白的反射冷却涂料——硫酸钡涂料，对环境降温非常明显太阳光会从物体上反射，因此不会引起热量加热，而红外辐射又会导致物体温度降低。反射的太阳光和发射的红外辐射都将进入太空或者被附近的物体吸收，但由于这种材料的温度会低于周围其它材料，所以这里大部分也都会反射入太空。最后，辐射冷却有一个非常酷的应用。你可以利用较冷的辐射冷却面板和较热地面之间的温差来通过热电发电机发电，它就像在夜间工作的太阳能电池板。当然，辐射冷却最关键的部分是它的零电力输入，在电力日益紧张的当下，这确实是不错的选择。不过，单独使用这种方法不足以取代空调，因为它们只能几度几度，但省电还是可以的！原文：https://www.wired.com/story/how-to-cool-an-object-without-using-any-energy/...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382879.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382879.htm