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嵌上“玻璃珠” 這種塑料膜能把熱量送往外太空

這是一種50微米厚的塑料膜。普通的塑料膜，里面包裹著普通的、但是直徑為8微米的玻璃珠子。它被媒體稱(chēng)為“不插電不耗油就能給地球降溫”的材料。
玻璃本就是很好的紅外輻射材料，當(dāng)把它做成微小的、肉眼幾乎看不見(jiàn)的玻璃球后，其紅外熱輻射變得更為強(qiáng)烈，甚至比玻璃本身的熱輻射能力超出一個(gè)數(shù)量級(jí)。這些長(zhǎng)波段(8—14微米)的紅外輻射，可以躲過(guò)地球大氣的圍追堵截，去往太空。
這種降溫材料誕生在美國(guó)科羅拉多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。兩位華裔教授楊榮貴和尹曉波是它的主要發(fā)明人。2月9日，相關(guān)論文在《自然》上在線發(fā)表。
近日，楊榮貴和尹曉波教授接受了科技日?qǐng)?bào)記者的專(zhuān)訪，回答了很多人的疑問(wèn)——“有這么神奇嗎?”
把外太空變成地球廢熱的垃圾場(chǎng)
熱會(huì)從高溫向低溫傳遞，任何絕對(duì)溫度不為零的物體，都會(huì)向周?chē)目臻g輻射能量。相比地球，外太空是一個(gè)絕佳的熱量垃圾場(chǎng)——它寒冷，而且廣袤無(wú)垠。
“熱的傳遞有三種方式，對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射。”楊榮貴解釋說(shuō)，輻射是唯一一種不需要中間介質(zhì)的熱傳遞方式。但是，要借助輻射把廢熱準(zhǔn)確扔進(jìn)宇宙垃圾場(chǎng)，還需要一樣?xùn)|西幫忙，即“地球大氣窗口”。
地球大氣對(duì)大部分電磁波輻射“嚴(yán)加防守”;但對(duì)一小部分卻“高抬貴手”，特定波段的電磁波輻射可以逃過(guò)大氣的“反射”“吸收”和“散射”，直接穿透大氣，抵達(dá)太空。也就是說(shuō)，對(duì)某些波段(8—14微米)的電磁輻射來(lái)說(shuō)，大氣是透明的。
所以，如果有一種材料，能夠?qū)崃哭D(zhuǎn)化為這一特定波段的電磁波，熱量垃圾就能離開(kāi)地球，并且一去不回。
把科學(xué)概念變成可用技術(shù)
楊榮貴和尹曉波發(fā)明的這種降溫“塑料膜”，是一種新型復(fù)合“超材料”。所謂超材料，是指依靠特殊的結(jié)構(gòu)，讓材料呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常甚至反常物理性質(zhì)，比如說(shuō)“隱身”和“隱聲”材料。
楊榮貴和尹曉波發(fā)明的這種新穎的超材料能向外發(fā)射8—14微米波長(zhǎng)的電磁波，而且輻射率最高可以達(dá)到95%。這一波長(zhǎng)的輻射可以輕松穿過(guò)地球大氣紅外窗口，抵達(dá)太空。
如果在“塑料膜”的背后再鍍上一層薄薄的金屬膜，則可以反射太陽(yáng)光，進(jìn)一步提升其制冷效果。實(shí)驗(yàn)顯示，該材料在中午陽(yáng)光直射下，具有最高可達(dá)93瓦特/平方米的輻射制冷功率，讓與它直接接觸的物體降溫10到16攝氏度。
依靠熱輻射給物體降溫的想法，在學(xué)界早已存在。斯坦福大學(xué)范汕洄研究團(tuán)隊(duì)，也在這一領(lǐng)域做過(guò)諸多嘗試。2014年，他們?cè)?jīng)研發(fā)出一種輻射制冷納米光學(xué)材料，也有不錯(cuò)的降溫效果。但這種材料對(duì)生產(chǎn)條件要求苛刻，成本過(guò)高，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。
“我們的論文之所以能夠引起這么大反響，關(guān)鍵在于我們的光學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，制作工藝也不復(fù)雜，而且成本低廉�！币鼤圆ㄌ寡�，他和楊榮貴算是“科學(xué)家中的工程師”，做的事情，是將聽(tīng)起來(lái)頗為高大上的科學(xué)概念，變成可能投入使用的技術(shù)。
據(jù)介紹，目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有了成型的材料生產(chǎn)線，可以以5米/分鐘的速率對(duì)300毫米寬的材料進(jìn)行產(chǎn)出。
建一條通道，開(kāi)一個(gè)腦洞
那么，材料究竟該怎么用呢?
楊榮貴笑稱(chēng)，幾乎所有采訪他們的科技媒體，都會(huì)問(wèn)到這一問(wèn)題。但是，它又不是一兩句話就能解釋清楚的。
“主要看你拿它來(lái)冷卻什么了�！庇械奈矬w，可以直接“貼膜”降溫，有的物體，還需重新設(shè)計(jì)相關(guān)的熱系統(tǒng)配合薄膜使用。實(shí)際上，科研人員研發(fā)出的廉價(jià)降溫塑料膜，不是一個(gè)立等可取、拿了就用的“空調(diào)”，它更是一種降溫的解決方案。“從科研成果到商業(yè)化產(chǎn)品，中間步驟復(fù)雜。這種材料有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，但還要針對(duì)不同的使用場(chǎng)景進(jìn)行不同設(shè)計(jì)。”楊榮貴說(shuō)。
外界對(duì)此材料報(bào)以熱切的關(guān)注。論文發(fā)表后，兩位教授收到了來(lái)自全球的數(shù)百封郵件，來(lái)自南非、新加坡和阿聯(lián)酋的“代理”已經(jīng)迫不及待伸出了橄欖枝。楊榮貴覺(jué)得下一步要思考的是“怎么用”的問(wèn)題。對(duì)商業(yè)化的合作請(qǐng)求，他們保持了審慎的態(tài)度。
“有時(shí)候想想，如果地球和外太空能夠通過(guò)熱輻射連起來(lái)，就有了很多新的可能�！币鼤圆ㄕf(shuō)，這項(xiàng)研究或許也能給學(xué)界啟發(fā)，讓更多科研人員思考。這也算是“開(kāi)了一個(gè)腦洞”，讓科研人員找到利用外太空的更多可能性，“或許以后還能誕生很多我們現(xiàn)在沒(méi)法想象的應(yīng)用”。

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