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彩色电影可以帮助建筑物和汽车保持凉爽

放大字体  缩小字体 2023-03-27 15:59  浏览次数:9 来源:明日科学网    

随着气温飙升,空调的冷风可能是一种受欢迎的缓解,但“a /C”机组需要大量的能源,并可能泄漏强效温室气体。今天,科学家们报告了一种环保的替代品——一种植物基薄膜,暴露在阳光下会变得更凉爽,而且有各种纹理和明亮的彩虹色。这种材料有一天可以在不需要外部动力的情况下保持建筑物、汽车和其他结构的凉爽。

研究人员将在美国化学学会(ACS)春季会议上公布他们的研究结果。ACS 2023年春季会议是一个混合会议,将于3月26日至30日在虚拟和现场举行,包括关于广泛科学主题的10,000多场演讲。

该项目的首席研究员Silvia Vignolini博士说:“为了制造出白天比周围空气温度低的材料,你需要一种能反射大量太阳光而不吸收太阳光的材料,这样就能把光的能量转化为热量。”Vignolini补充说:“只有少数材料具有这种特性,添加彩色颜料通常会抵消它们的冷却效果。”

被动日间辐射冷却(PDRC)是一种表面向太空释放自身热量而不被空气或大气吸收的能力。结果是,在不使用任何电力的情况下,表面可以比周围的空气冷几度。当用于建筑物或其他结构时,促进这种效果的材料可以帮助限制空调和其他电力密集型冷却方法的使用。

目前正在开发的一些涂料和薄膜可以实现PDRC,但大多数都是白色或镜面光洁度,在会议上介绍这项工作的沈庆辰博士说。Vignolini和Shen都是英国剑桥大学的学生。但是,想要使用蓝色PDRC涂料的业主就不走运了——根据定义,彩色颜料会吸收特定波长的阳光,只反射我们看到的颜色,在这个过程中会造成不良的变暖效应。

但有一种不使用颜料的方法可以达到彩色效果。例如,肥皂泡的表面呈现出不同颜色的棱镜。这些颜色是由光与气泡薄膜不同厚度的相互作用产生的,这种现象被称为结构色。Vignolini的部分研究重点是确定自然界中不同类型结构颜色背后的原因。在一个案例中,她的团队发现,从植物中发现的纤维素中提取的纤维素纳米晶体(CNCs)可以在不添加任何色素的情况下制成彩虹色的彩色薄膜。

事实证明,纤维素也是少数几种可以促进PDRC的天然材料之一。Vignolini是在听了第一个创造出冷却膜材料的研究人员的演讲后了解到这一点的。“我想,哇,这真的很神奇,我从来没有想过纤维素可以做到这一点。”

在最近的工作中,Shen和Vignolini将彩色CNC材料与乙基纤维素制成的白色材料分层,产生了彩色双层PDRC薄膜。他们制作了充满活力的蓝色、绿色和红色的薄膜,当置于阳光下时,这些薄膜的平均温度比周围空气低近40华氏度。一平方米的薄膜产生超过120瓦的冷却功率,与许多类型的住宅空调相媲美。Shen说,这项研究最具挑战性的方面是找到一种方法使两层粘合在一起——CNC薄膜本身很脆,乙基纤维素层必须经过等离子体处理才能获得良好的粘附性。然而,结果是,薄膜是坚固的,可以在一条标准的生产线上一次制备几米。

自从制作出第一批电影以来,研究人员一直在改善它们的美学外观。他们使用一种改进了该小组之前探索的方法的方法,制造出了闪闪发光、色彩鲜艳的纤维素冷却膜。他们还调整了乙基纤维素薄膜,使其具有不同的纹理,就像建筑和室内设计中使用的不同类型的木材饰面一样,沈说。这些变化将为人们在家庭、企业、汽车和其他结构中融入PDRC效果提供更多选择。

研究人员现在计划找到使他们的薄膜更有功能的方法。据Shen介绍,CNC材料可以用作传感器来检测环境污染物或天气变化,如果结合CNC-乙基纤维素薄膜的冷却能力,这将非常有用。例如,在汽车密集的城市地区的一栋大楼façade上安装一个钴色的PDRC,有一天可以让大楼保持凉爽,并安装探测器,提醒官员空气中造成雾霾的分子浓度更高。

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