Ο μανδύας ακτινοβολίας διατηρεί τα αντικείμενα ζεστά και δροσερά - Physics World

Ένας θερμικός μανδύας που μπορεί να ψύχει με ακτινοβολία αντικείμενα σε ζεστό καιρό και να τα κρατά ζεστά όταν κάνει κρύο αναπτύχθηκε από ερευνητές στην Κίνα. Kehang Cui στο Πανεπιστήμιο Jiao Tong της Σαγκάης και οι συνεργάτες τους λένε ότι η νέα τεχνολογία τους προσφέρει έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο ρύθμισης της θερμοκρασίας χωρίς την εισαγωγή ενέργειας.

Η θέρμανση και η ψύξη των κτιρίων αντιπροσωπεύει περίπου το 20% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Καθώς η κλιματική αλλαγή κλιμακώνει τη συχνότητα και τη σοβαρότητα των ακραίων καιρικών συνθηκών, τα συστήματα ελέγχου θερμοκρασίας θα επεκταθούν περαιτέρω τις επόμενες δεκαετίες.

Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές ενδιαφέρονται να δημιουργήσουν τεχνολογίες χαμηλού κόστους, ουδέτερες από άνθρακα που μπορούν να ρυθμίζουν τις θερμοκρασίες παθητικά, χωρίς να αντλούν από τροφοδοτικό.

Δουλεύοντας και με τους δύο τρόπους

Μια σημαντική πρόκληση στη δημιουργία τέτοιων συστημάτων είναι ότι τα συμβατικά υλικά ρύθμισης της θερμότητας δεν μπορούν να αλλάξουν αυτόματα τη συμπεριφορά ακτινοβολίας τους. Για παράδειγμα, ορισμένα ψυκτικά υλικά αντανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία, ενώ εκπέμπουν μεσαία υπέρυθρη ακτινοβολία στο «παράθυρο διαφάνειας». Αυτό το παράθυρο είναι μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος όπου η ακτινοβολία δεν αντανακλάται ούτε απορροφάται από την ατμόσφαιρα και αυτή η εκπομπή θα έχει αποτέλεσμα ψύξης. Ωστόσο, αυτά τα υλικά θα εκπέμπουν επίσης ακτινοβολία σε χαμηλές θερμοκρασίες, απορρίπτοντας την πολύτιμη θερμότητα.

Τώρα, ο Cui και οι συνεργάτες του έχουν δημιουργήσει ένα νέο «Janus thermal cloak» (JTC), ο οποίος ρυθμίζει τη θερμοκρασία σε όλες τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος. "Ο μανδύας αποτελείται από ένα ολοκεραμικό, ακτινοψυκτικό φωνονικό μεταύφασμα που βλέπει προς τον ουρανό και ένα φύλλο ανακύκλωσης φωτονίων που βλέπει μέσα", εξηγεί ο Cui.

Η ομάδα επέλεξε αυτά τα υλικά για την υψηλή αντοχή και σταθερότητά τους, το χαμηλό κόστος και την εξαιρετική τους αντοχή στη φωτιά και τη διάβρωση. Ως αποτέλεσμα, λένε ότι ο μανδύας είναι εύκολος στην κατασκευή και ανθεκτικός σε σκληρά εξωτερικά περιβάλλοντα.

Κατασκευασμένο από κράμα αλουμινίου, το εσωτερικό φύλλο του JTC έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, αλλά είναι σχεδόν τέλεια ανακλαστικό στην ακτινοβολία σε όλο το υπέρυθρο φάσμα – παγιδεύοντας τη θερμότητα στο εσωτερικό του. Οι ερευνητές λένε ότι υλικά όπως κεραμικά, χαλκός και ανοξείδωτο χάλυβα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα των υλικών.

Υπερβολικό υλικό

Το μετα-ύφασμα του JTC που βλέπει στον ουρανό περιλαμβάνει ένα ικρίωμα υφασμένο από πλεγμένες ίνες πυριτίου που είναι συνδεδεμένο με έναν 2D εξαγωνικό κρύσταλλο νιτριδίου του βορίου. Αυτό δημιουργεί ένα «υπερβολικό» υλικό, του οποίου η απόκριση στα προσπίπτοντα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εξαρτάται από τη γωνία προσέγγισής τους.

Σε αντίθεση με το φύλλο από κάτω, το μεταύφασμα έχει εξαιρετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, αλλά είναι ιδιαίτερα ανακλαστικό στην ηλιακή ακτινοβολία – καλύπτοντας το ορατό και το εγγύς υπέρυθρο φάσμα. Αυτό οφείλεται στις αλληλεπιδράσεις φωτός-ύλης μέσα στο μεταύφασμα, το οποίο προκαλεί τη διασπορά της μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας γύρω από τους άξονες των ινών του πυριτίου. Στο παράθυρο διαφάνειας, το μεταύφασμα εκπέμπει εκ νέου σχεδόν όλη την ακτινοβολία που απορροφά, χωρίς να τη μεταφέρει στο φύλλο.

Ως αποτέλεσμα, η θερμότητα εντός του καλυμμένου αντικειμένου τείνει να συγκρατείται, αλλά η ακτινοβολία από το περιβάλλον δεν θα τείνει να θερμαίνει το αντικείμενο.

Το νέο ελαστοθερμιδικό σύστημα ψύξης δείχνει πολλά υποσχόμενο για εμπορική χρήση

Η ομάδα του Cui δοκίμασε το JTC σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα που ήταν σταθμευμένα στους δρόμους της Σαγκάης και συνέκρινε τις θερμοκρασίες της καμπίνας τους με ακάλυπτα αυτοκίνητα. Στο πείραμα, τα καλυμμένα αυτοκίνητα παρέμειναν περίπου 8°C πιο δροσερά από τα ακάλυπτα αυτοκίνητα τις ζεστές μέρες του καλοκαιριού και 6.8°C θερμότερα τις κρύες νύχτες του χειμώνα.

«Είναι η πρώτη φορά που θα μπορούσαμε να επιτύχουμε θέρμανση πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος κατά σχεδόν 7 °C κατά τις νύχτες του χειμώνα», περιγράφει ο Cui. "Αυτό είναι επίσης κάπως περίεργο για εμάς - δεν υπάρχει εισροή ενέργειας ή ηλιοφάνεια και μπορούμε ακόμα να θερμαίνουμε." Αυτή η παθητική ρύθμιση είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, καθώς οι μπαταρίες και τα ηλεκτρικά τους εξαρτήματα δεν μπορούν εύκολα να αντέξουν τις ακραίες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

Για τον Cui και τους συναδέλφους τους, τα επόμενα βήματα θα είναι η αναβάθμιση του σχεδιασμού τους – οδηγώντας πιθανώς σε μια ποικιλία από συναρπαστικές πρακτικές εφαρμογές. «Ο θερμικός μανδύας είναι αξιόπιστος, πραγματικά παθητικός και δεν περιλαμβάνει αλλαγή φάσης ή κινούμενα μέρη», συνεχίζει. "Αυτό το καθιστά πολλά υποσχόμενο για χρήση σε πραγματικές εφαρμογές σε κτίρια, οχήματα, ακόμη και σε εξωγήινα περιβάλλοντα."

Η έρευνα περιγράφεται στο Συσκευή.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/