Kiirgusmantel hoiab esemed soojas ja jahedas – Physics World

Hiina teadlased on välja töötanud termomantli, mis suudab esemeid kuuma ilmaga kiirgavalt jahutada ja külma ilmaga soojana hoida. Kehang Cui Shanghai Jiao Tongi ülikoolis ja kolleegid ütlevad, et nende uus tehnoloogia pakub paljutõotavat võimalust temperatuuri reguleerimiseks ilma energiat kasutamata.

Hoonete kütmine ja jahutamine moodustab umbes 20% ülemaailmsest energiatarbimisest. Kuna kliimamuutused suurendavad äärmuslike ilmastikuolude sagedust ja tõsidust, laienevad temperatuurikontrollisüsteemid järgmistel aastakümnetel veelgi.

Selle tulemusena soovivad teadlased luua odavaid süsinikuneutraalseid tehnoloogiaid, mis suudavad temperatuuri passiivselt reguleerida, ilma toiteallikast kasutamata.

Töötab mõlemat pidi

Oluliseks väljakutseks selliste süsteemide loomisel on see, et tavapärased soojust reguleerivad materjalid ei saa oma kiirguskäitumist automaatselt muuta. Näiteks peegeldavad mõned jahutusmaterjalid päikesekiirgust, kiirgades samal ajal läbipaistvusaknas keskmist infrapunakiirgust. See aken on osa elektromagnetilisest spektrist, kus atmosfäär ei peegeldu ega neela kiirgust ning sellel emissioonil on jahutav toime. Kuid need materjalid eraldavad kiirgust ka külmal temperatuuril, jättes ära väärtusliku soojuse.

Nüüd on Cui ja kolleegid loonud uue Januse termilise mantli (JTC), mis reguleerib temperatuuri kõigil ümbritseva õhu temperatuuridel. "Mätel koosneb täiskeraamilisest, kiirgust jahutavast fonoonilisest metakangast, mis on suunatud taeva poole, ja footoneid taaskasutavast fooliumist, mis on suunatud seespool," selgitab Cui.

Meeskond valis need materjalid nende suure tugevuse ja stabiilsuse, madala hinna ning suurepärase tule- ja korrosioonikindluse tõttu. Selle tulemusena ütlevad nad, et mantlit on lihtne valmistada ja see on karmide välistingimuste suhtes vastupidav.

Alumiiniumisulamist valmistatud JTC sisemisel fooliumil on kõrge soojusjuhtivus, kuid see peegeldab peaaegu ideaalselt kiirgust kogu infrapunaspektri ulatuses, püüdes soojust endasse. Uurijad ütlevad, et sõltuvalt materjalide saadavusest võib kasutada ka materjale, sealhulgas keraamikat, vaske ja roostevaba terast.

Hüperboolne materjal

JTC taevapoolne metakangas koosneb punutud ränidioksiidkiududest kootud karkassist, mis on ühendatud 2D kuusnurkse boornitriidi kristalliga. See loob "hüperboolse" materjali, mille reaktsioon langevatele elektromagnetlainetele sõltub nende lähenemisnurgast.

Erinevalt selle all olevast fooliumist on metakangas äärmiselt madal soojusjuhtivus, kuid peegeldab hästi päikesekiirgust – kattes nähtava ja lähiinfrapuna vahemiku. See on tingitud valguse ja aine vastastikmõjudest metakangas, mis põhjustab keskmise infrapunakiirguse hajumist ümber selle ränidioksiidkiudude telgede. Läbipaistvusaknas kiirgab metakangas praktiliselt kogu kiirguse, mida see neelab, ilma seda fooliumile üle kandmata.

Selle tulemusena kipub varjatud objektis soojus säilima, kuid keskkonnakiirgus ei kipu objekti kuumutama.

Uus elastokaloriline jahutussüsteem lubab kommertskasutuseks

Cui meeskond katsetas JTC-d Shanghai tänavatele pargitud elektriautodel ja võrdles nende salongitemperatuure katmata autodega. Katses jäid kaetud autod kuumadel suvepäevadel umbes 8°C jahedamaks kui katmata autod ja külmadel talveöödel 6.8°C soojemaks.

"See on esimene kord, kui suudame talveöödel saavutada välistemperatuurist peaaegu 7 °C kõrgema soojenemise," kirjeldab Cui. "See on ka meie jaoks üllatav – pole energiasisendit ega päikesepaistet ja me saame siiski soojeneda." See passiivne reguleerimine on eriti oluline elektriautode puhul, kuna nende akud ja elektrilised komponendid ei talu äärmuslikke temperatuurikõikumisi.

Cui ja kolleegide jaoks on järgmised sammud disaini täiustamine – see võib viia mitmekülgsete põnevate praktiliste rakendusteni. "Soojuskate on usaldusväärne, tõeliselt passiivne ega hõlma faasimuutusi ega liikuvaid osi," jätkab ta. "See muudab selle paljutõotavaks kasutamiseks reaalsetes rakendustes hoonetes, sõidukites ja isegi maavälistes keskkondades."

Uuringut kirjeldatakse artiklis Seadme.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/