عباءة إشعاعية تحافظ على الأشياء دافئة وباردة - عالم الفيزياء

طور باحثون في الصين عباءة حرارية يمكنها تبريد الأشياء إشعاعيًا في الطقس الحار ، وإبقائها دافئة عندما يكون الجو باردًا. كيهانج كوي في جامعة شنغهاي جياو تونغ وزملاؤها يقولون إن تقنيتهم ​​الجديدة تقدم طريقة واعدة لتنظيم درجة الحرارة دون مدخلات من الطاقة.

تمثل تدفئة وتبريد المباني حوالي 20٪ من استهلاك الطاقة العالمي. بينما يؤدي تغير المناخ إلى تصعيد وتيرة وشدة الطقس المتطرف ، فإن أنظمة التحكم في درجة الحرارة ستتعرض لمزيد من الضغط في العقود القادمة.

نتيجة لذلك ، يحرص الباحثون على إنشاء تقنيات منخفضة التكلفة ومحايدة للكربون يمكنها تنظيم درجات الحرارة بشكل سلبي ، دون الاعتماد على مصدر طاقة.

العمل في كلا الاتجاهين

يتمثل أحد التحديات المهمة في إنشاء مثل هذه الأنظمة في أن المواد التقليدية المنظمة للحرارة لا يمكنها تبديل سلوكها الإشعاعي تلقائيًا. على سبيل المثال ، تعكس بعض مواد التبريد الإشعاع الشمسي ، بينما تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء المتوسطة في "نافذة الشفافية". هذه النافذة هي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي حيث لا ينعكس الإشعاع أو يمتصه الغلاف الجوي وسيكون لهذا الانبعاث تأثير تبريد. ومع ذلك ، ستصدر هذه المواد أيضًا إشعاعًا في درجات الحرارة الباردة ، مما يؤدي إلى التخلص من الحرارة الثمينة.

الآن ، ابتكر Cui وزملاؤه "عباءة جانوس الحرارية" (JTC) ، والتي تنظم درجة الحرارة في جميع درجات الحرارة المحيطة. يشرح كوي قائلاً: "تتكون العباءة من نسيج خيطي صوتي مصنوع بالكامل من السيراميك ومبرد إشعاعي يواجه السماء ، وقطعة من رقائق إعادة تدوير الفوتون في الداخل".

اختار الفريق هذه المواد لقوتها العالية واستقرارها وتكلفتها المنخفضة ومقاومتها الممتازة للحريق والتآكل. ونتيجة لذلك ، يقولون إن العباءة سهلة التصنيع ومقاومة للبيئات الخارجية القاسية.

مصنوع من سبيكة الألومنيوم ، الرقائق الداخلية لـ JTC لها موصلية حرارية عالية ، لكنها تقريبًا تعكس تمامًا الإشعاع عبر طيف الأشعة تحت الحمراء بأكمله - تحبس الحرارة بالداخل. يقول الباحثون أنه يمكن أيضًا استخدام المواد بما في ذلك السيراميك والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ ، اعتمادًا على توفر المواد.

مادة الزائدية

يتكون النسيج المعدني المواجه للسماء من JTC من سقالة منسوجة من ألياف السيليكا المضفرة التي تم ربطها بكريستال نيتريد البورون سداسي الأبعاد ثنائي الأبعاد. ينتج عن هذا مادة "قطعية" تعتمد استجابتها للموجات الكهرومغناطيسية الساقطة على زاوية اقترابها.

على النقيض من الرقاقة الموجودة أسفلها ، يتميز النسيج الفائق بموصلية حرارية منخفضة للغاية ، ولكنه يعكس بدرجة عالية الإشعاع الشمسي - ويغطي النطاق المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. ويرجع ذلك إلى تفاعلات المادة الضوئية داخل النسيج الفوقي ، والتي تتسبب في انتشار الأشعة تحت الحمراء المتوسطة حول محاور ألياف السيليكا. في نافذة الشفافية ، يعيد النسيج الفائق إصدار كل الإشعاع الذي يمتصه تقريبًا ، دون نقله إلى الرقاقة المعدنية.

نتيجة لذلك ، تميل الحرارة داخل الجسم المغطى إلى أن يتم الاحتفاظ بها ولكن الإشعاع من البيئة لن يميل إلى تسخين الجسم.

يظهر نظام التبريد المرن المرن الجديد واعدًا للاستخدام التجاري

قام فريق Cui باختبار JTC على السيارات الكهربائية المتوقفة في شوارع شنغهاي ، وقارنوا درجات حرارة المقصورة مع السيارات المكشوفة. في التجربة ، ظلت السيارات المغطاة أكثر برودة بنحو 8 درجات مئوية من السيارات المكشوفة في أيام الصيف الحارة ، و 6.8 درجة مئوية أكثر دفئًا في ليالي الشتاء الباردة.

"هذه هي المرة الأولى التي يمكننا فيها تحقيق ارتفاع في درجة حرارة أعلى من درجة الحرارة المحيطة بحوالي 7 درجات مئوية خلال ليالي الشتاء" ، كما يصف كوي. "هذا أيضًا يثير الدهشة بالنسبة لنا - لا توجد مدخلات للطاقة أو أشعة الشمس ولا يزال بإمكاننا الاحترار." هذا التنظيم السلبي مهم بشكل خاص للسيارات الكهربائية ، لأن بطارياتها ومكوناتها الكهربائية لا يمكنها بسهولة تحمل التقلبات الشديدة في درجات الحرارة.

بالنسبة إلى Cui وزملائه ، ستكون الخطوات التالية هي الارتقاء بتصميمهم - مما قد يؤدي إلى مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية المثيرة. "العباءة الحرارية موثوقة وسلبية حقًا ولا تتضمن تغييرًا في الطور أو أجزاء متحركة" ، يتابع. "وهذا يجعلها واعدة للاستخدام في تطبيقات العالم الحقيقي في المباني والمركبات وحتى البيئات خارج الأرض."

تم وصف البحث في جهاز.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/