纳米光子材料将多余的热量射入太空

斯坦福大学的工程师已经发明了一种旨在帮助建筑物降温的材料。该材料反射入射的阳光，并将热量从建筑物内部直接作为红外辐射传递到太空中。

它肯定会鼓舞全球变暖的人群。对于其他所有人，它提供了节省一些空调费用的机会。

一种新型的超薄多层材料可以通过将建筑物内部的热量辐射到太空中，同时反射阳光以减少传入的热量，从而在不使用空调的情况下为建筑物降温。

光子辐射冷却器艺术家渲染。

由电气工程教授樊善辉教授和研究助理Aaswath Raman领导的团队在《自然》杂志上报告了这种节能省钱的突破。

相关：科学家提高有机太阳能电池的效率

本发明的核心是一种超薄的多层材料，它以新的方式处理不可见光和可见光。

红外辐射形式的不可见光是所有物体和生物散发出热量的方式之一。当我们站在封闭的烤箱前而不接触烤箱时，我们感受到的热量就是红外光。斯坦福大学的发明将这种看不见的，带有热量的光从建筑物中转移出来，并送入太空。

阳光也使建筑物变暖。这种新材料除了可以处理红外光外，还是一种极为有效的镜子，可以反射几乎所有入射光。

结果就是斯坦福大学的团队所称的光子辐射冷却，它可以消除建筑物内的红外热，同时还能反射阳光，否则会使阳光变热。结果是需要较少空调的较凉爽的建筑物。

加州大学伯克利分校的工程学教授，指挥高能效电子科学中心的光子学先驱Eli Yablonovitch说：“这是非常新颖的想法，而且非常简单。由于范教授的工作，我们现在可以[使用辐射冷却]，不仅在晚上，而且在白天也可以违反直觉。”

研究人员说，他们设计这种材料对于在建筑物屋顶上大规模部署具有成本效益。尽管这项技术还很年轻，但他们相信有一天它可以减少电力需求。在美国建筑中，多达15％的能源被用于为空调系统供电。

在实践中，研究人员认为涂层可能会喷涂在更坚固的材料上，以使其适合承受各种元素。

诺贝尔物理学奖得主伯顿·里希特（Burton Richter），斯坦福大学名誉教授，该研究机构的前任负责人现在被称为SLAC国家加速器实验室。

《自然》杂志的主要作者拉曼说，一个变暖的世界需要不需要电力的冷却技术。“在整个发展中国家，光子辐射冷却使农村地区的离网冷却成为可能，除了满足飞涨的空气需求外城市地区的空调。”

真正的突破是斯坦福大学的材料如何将热量从建筑物散发出去。

快速更新：热量可以通过三种方式传递：传导，对流和辐射。传导通过触摸传递热量。这就是为什么您不戴手套就不要触摸热烤箱的锅的原因。对流通过流体或空气的运动传递热量。打开烤箱时，会发出温暖的空气。辐射以红外光的形式传递热量，红外光从物体向外散发出，看不见。

涂层操作的第一部分将带有热量的红外光直接辐射到太空中。精心构造的超薄涂层可以将红外光以精确的频率从建筑物发送出去，使红外光可以通过大气而不会使空气变热，这是考虑到全球变暖危险的一个关键特征。范说：“想想它就像开一个通往太空的窗户。”

但是仅靠热量传递到太空是不够的。

这种多层涂层还可以用作高效的镜子，可防止97％的阳光撞击建筑物并将其加热。拉曼说：“我们创造了一种可以同时也是一面出色镜子的散热器。”

多层材料只有1.8微米厚，比最薄的铝箔薄。它由七层二氧化硅和氧化ha制成，并覆盖一层银薄层。这些层的厚度不是均匀的，而是经过工程设计以创建新材料。它的内部结构经过调整，以一定频率辐射红外线，使红外线能够进入太空而不会使建筑物附近的空气变暖。

该论文的合著者，应用物理学博士候选人林琳霄解释说：“这种光子学方法使我们能够对太阳反射和红外热辐射进行微调。”

麻省理工学院的物理学教授马林·索尔贾西奇（Marin Soljacic）补充说：“我个人对他们的研究结果感到非常兴奋。这是纳米光子学力量的一个很好的例子。”

对于背景，使光子辐射冷却可行需要至少解决两个技术问题。第一个是如何将建筑物内部的热量传导到外部涂料。一旦到达那里，涂料就可以将热量引导到空间中，但是工程师必须首先弄清楚如何有效地将建筑热量传递到涂料中。

第二个问题是生产。现在，斯坦福团队的原型就是个人比萨饼的大小。建筑物散热需要大面板。研究人员说，大面积的制造设备可以按所需规模制作面板。

团队将这个项目视为迈向利用太空寒冷作为资源的第一步。就像阳光提供可再生的太阳能一样，寒冷的宇宙几乎无限散发热量。

范说：“每个产生热量的物体都必须将这些热量倾泻到散热器中。”“我们所做的是创造一种方法，使我们能够在白天将宇宙的寒冷用作散热器。”

相关：化学家找到可以产生和储存氢燃料的材料

在发展的这个阶段，谈论成本可能远非准确的，甚至接近合理的估计。新闻稿指出，一个问题将是将内部热量传递到镜子上。该技术还有很长的路要走。但是一旦有了一些成本，看看带有这种系统的建筑物如何提高空调费用将是非常有趣的。

这项技术可能正在等待其他技术发展。毕竟，一旦建筑物的热量得到控制，在将其简单地散布到外部空间之前，可能还有其他用途。

一般而言，其令人振奋的技术以及美好的未来。值得一提的是，对于世界上较热的地区，环境热量是主要的支出，这个想法肯定会赢得一些市场关注。

布莱恩·韦斯滕豪斯（Brian Westenhaus）

资料来源-www.newenergyandfuel.com