גלימה קרינה שומרת על חפצים חמים וקרירים - עולם הפיזיקה

גלימה תרמית שיכולה לקרר אובייקטים במזג אוויר חם ולחמם אותם כשקר פותחה על ידי חוקרים בסין. Kehang Cui באוניברסיטת שנחאי Jiao Tong ועמיתיו אומרים שהטכנולוגיה החדשה שלהם מציעה דרך מבטיחה לווסת טמפרטורה ללא הזנת אנרגיה.

החימום והקירור של מבנים מהווים כ-20% מצריכת האנרגיה העולמית. ככל ששינויי האקלים מסלימים את התדירות והחומרה של מזג אוויר קיצוני, מערכות בקרת הטמפרטורה יימתחו עוד יותר בעשורים הקרובים.

כתוצאה מכך, חוקרים להוטים ליצור טכנולוגיות בעלות נמוכה, ניטראלית פחמן, שיכולות לווסת טמפרטורות באופן פסיבי, מבלי לשאוב מאספקת חשמל.

עובד לשני הכיוונים

אתגר חשוב ביצירת מערכות כאלה הוא שחומרים רגילים לוויסות חום אינם יכולים לשנות את התנהגות הקרינה שלהם באופן אוטומטי. לדוגמה, חלק מחומרי הקירור משקפים קרינת שמש, תוך פליטת קרינה אינפרא אדום בינונית ב"חלון השקיפות". חלון זה הוא חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי שבו קרינה אינה מוחזרת או נספגת באטמוספרה ולפליטה זו תהיה אפקט קירור. עם זאת, חומרים אלה יפלטו קרינה גם בטמפרטורות קרות, ויזרקו חום יקר.

כעת, Cui ועמיתיו יצרו "גלימה תרמית של יאנוס" חדשה (JTC), המווסתת את הטמפרטורה בכל טמפרטורות הסביבה. "הגלימה מורכבת ממטאפברי פונוני קרמי לגמרי, מקרר קרינה הפונה לשמיים, ומרדיד מיחזור פוטון הפונה פנימה", מסביר Cui.

הצוות בחר בחומרים אלו בשל חוזקם ויציבותם הגבוהים, העלות הנמוכה והעמידות המצוינת בפני אש וקורוזיה. כתוצאה מכך, הם אומרים כי הגלימה קלה לייצור, ועמידה בפני סביבות חיצוניות קשות.

עשוי מסגסוגת אלומיניום, לרדיד הפנימי של ה-JTC יש מוליכות תרמית גבוהה, אך הוא משקף כמעט לחלוטין את הקרינה על פני כל ספקטרום האינפרא אדום - לוכד חום בפנים. החוקרים אומרים שניתן להשתמש גם בחומרים הכוללים קרמיקה, נחושת ופלדת אל חלד, בהתאם לזמינות החומר.

חומר היפרבולי

המטאפברי הפונה לשמים של ה-JTC מורכבת מפיגום ארוג מסיבי סיליקה קלועים המחוברים לקריסטל בורון ניטריד משושה דו-ממדי. זה יוצר חומר "היפרבולי", שתגובתו לגלים אלקטרומגנטיים תקפים תלויה בזווית הגישה שלהם.

בניגוד לרדיד שמתחת, למטאפברי מוליכות תרמית נמוכה במיוחד, אך הוא מחזיר אור מאוד לקרינת השמש - מכסה את הטווח הנראה והקרוב לאינפרא אדום. זה נובע מאינטראקציות קל וחומר בתוך המטא-פאברי, מה שגורם לקרינה אינפרא אדום בינונית להתפזר סביב הצירים של סיבי הסיליקה שלו. בחלון השקיפות, המטאפברי פולט מחדש למעשה את כל הקרינה שהיא סופגת, מבלי להעביר אותה לרדיד.

כתוצאה מכך, חום בתוך העצם המוסווה נוטה להישמר אך קרינה מהסביבה לא תטה לחמם את האובייקט.

מערכת קירור אלסטוקלורית חדשה מראה הבטחה לשימוש מסחרי

הצוות של Cui בדק את ה-JTC על מכוניות חשמליות שחונות ברחובות שנגחאי, והשווה את טמפרטורות התא שלהן עם מכוניות לא מכוסות. בניסוי, המכוניות המכוסות נשארו קרירות בכ-8 מעלות צלזיוס מהמכוניות הלא מכוסות בימי הקיץ החמים, וב-6.8 מעלות צלזיוס חמות יותר בלילות החורף הקרים.

"זו הפעם הראשונה שבה נוכל להשיג התחממות מעל לטמפרטורת הסביבה בכמעט 7 מעלות צלזיוס במהלך לילות החורף", מתאר Cui. "זה גם די מפתיע אותנו - אין קלט אנרגיה או שמש ואנחנו עדיין יכולים להתחמם". ויסות פסיבי זה חשוב במיוחד עבור מכוניות חשמליות, מכיוון שהסוללות והרכיבים החשמליים שלהן אינם יכולים לעמוד בקלות בתנודות קיצוניות בטמפרטורה.

עבור Cui ועמיתיו, הצעדים הבאים יהיו לשדרג את העיצוב שלהם - אולי יוביל למגוון מגוון של יישומים מעשיים מרגשים. "הגלימה התרמית אמינה, פסיבית באמת, ואינה כרוכה בשינוי פאזה או חלקים נעים", הוא ממשיך. "זה הופך אותו למבטיח לשימוש ביישומים מהעולם האמיתי בבניינים, כלי רכב ואפילו סביבות חוץ-קרקעיות."

המחקר מתואר ב מכשיר.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/