Strålande kappa håller föremål varma och svala – Physics World

En termisk mantel som strålande kan kyla föremål i varmt väder, och hålla dem varma när det är kallt, har utvecklats av forskare i Kina. Kehang Cui vid Shanghai Jiao Tong University och kollegor säger att deras nya teknik erbjuder ett lovande sätt att reglera temperaturen utan tillförsel av energi.

Uppvärmning och kylning av byggnader står för cirka 20 % av den globala energiförbrukningen. Eftersom klimatförändringarna eskalerar frekvensen och svårighetsgraden av extremt väder, kommer temperaturkontrollsystemen att sträckas ut ytterligare under de kommande decennierna.

Som ett resultat är forskare angelägna om att skapa billiga, koldioxidneutrala teknologier som kan reglera temperaturer passivt, utan att dra från en strömkälla.

Jobbar åt båda hållen

En viktig utmaning för att skapa sådana system är att konventionella värmereglerande material inte kan ändra sitt strålningsbeteende automatiskt. Till exempel reflekterar vissa kylmaterial solstrålning samtidigt som de avger mellaninfraröd strålning i "transparensfönstret". Detta fönster är en del av det elektromagnetiska spektrumet där strålning inte reflekteras eller absorberas av atmosfären och denna emission kommer att ha en kylande effekt. Men dessa material kommer också att avge strålning i kalla temperaturer och kasta bort värdefull värme.

Nu har Cui och kollegor skapat en ny "Janus thermal cloak" (JTC), som reglerar temperaturen vid alla omgivningstemperaturer. "Kåpan består av en helkeramisk, strålande kylande fononisk metaväv som är vänd mot himlen och en fotonåtervinningsfolie som är vänd inuti," förklarar Cui.

Teamet valde dessa material för deras höga hållfasthet och stabilitet, låga kostnader och utmärkta motståndskraft mot brand och korrosion. Som ett resultat säger de att kappan är lätt att tillverka, och motståndskraftig mot tuffa utomhusmiljöer.

JTC:s inre folie är tillverkad av en aluminiumlegering och har en hög värmeledningsförmåga, men är nästan perfekt reflekterande för strålning över hela det infraröda spektrumet - fångar värme inuti. Forskarna säger att material inklusive keramik, koppar och rostfritt stål också kan användas, beroende på materialtillgänglighet.

Hyperboliskt material

JTC:s himmelsvända metaväv består av en ställning vävd av flätade kiselfibrer som är bunden till en 2D hexagonal bornitridkristall. Detta skapar ett "hyperboliskt" material, vars svar på infallande elektromagnetiska vågor beror på vinkeln för deras närmande.

I motsats till folien under, har metafabriken en extremt låg värmeledningsförmåga, men är mycket reflekterande för solstrålning - täcker det synliga och nära-infraröda området. Detta beror på interaktioner mellan ljus och materia inuti metafabriken, vilket gör att medelinfraröd strålning sprids runt axlarna på dess kiselfibrer. I genomskinlighetsfönstret återutsänder metafabriken praktiskt taget all strålning den absorberar, utan att överföra den till folien.

Som ett resultat tenderar värme inuti det täckta föremålet att hållas kvar men strålning från omgivningen tenderar inte att värma föremålet.

Nytt elastokaloriskt kylsystem visar lovande för kommersiell användning

Cuis team testade JTC på elbilar parkerade på gatorna i Shanghai, och jämförde deras kabintemperaturer med oskyddade bilar. I experimentet förblev de täckta bilarna cirka 8°C svalare än de oövertäckta bilarna under varma sommardagar och 6.8°C varmare under kalla vinternätter.

"Det här är första gången som vi kunde uppnå en uppvärmning över omgivningstemperaturen med nästan 7 °C under vinternätter", beskriver Cui. "Detta är också lite överraskande för oss - det finns ingen energitillförsel eller solsken och vi kan fortfarande bli uppvärmda." Denna passiva reglering är särskilt viktig för elbilar, eftersom deras batterier och elektriska komponenter inte utan vidare tål extrema temperatursvängningar.

För Cui och kollegor blir nästa steg att uppskala sin design – vilket kan leda till en mängd spännande praktiska tillämpningar. "Den termiska kappan är pålitlig, verkligt passiv och involverar inte fasförändringar eller rörliga delar", fortsätter han. "Detta gör det lovande för användning i verkliga tillämpningar i byggnader, fordon och till och med utomjordiska miljöer."

Forskningen beskrivs i Anordning.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/