Radiative Cloak ช่วยให้วัตถุอบอุ่นและเย็น – Physics World

Radiative Cloak ช่วยให้วัตถุอบอุ่นและเย็น – Physics World

Time Stamp: 3 สิงหาคม 2023 3:07

เสื้อคลุมกันความร้อนบนรถยนต์
ร้อนและเย็น: เสื้อคลุมกันความร้อน Janus ถูกนำมาใช้เพื่อให้รถยนต์ไฟฟ้าเย็นในฤดูร้อนและอุ่นในฤดูหนาว (เอื้อเฟื้อโดย: ฮวาซู เฉียว)

เสื้อคลุมกันความร้อนที่สามารถทำให้วัตถุเย็นลงด้วยการแผ่รังสีในสภาพอากาศร้อน และช่วยให้วัตถุอบอุ่นเมื่ออากาศเย็น ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในประเทศจีน เคฮัง ชุย ที่มหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าเทคโนโลยีใหม่ของพวกเขานำเสนอวิธีที่มีแนวโน้มในการควบคุมอุณหภูมิโดยไม่ต้องใช้พลังงาน

การทำความร้อนและความเย็นของอาคารคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 20% ของการใช้พลังงานทั่วโลก เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเพิ่มความถี่และความรุนแรงของสภาพอากาศสุดขั้ว ระบบควบคุมอุณหภูมิจะถูกขยายออกไปอีกในทศวรรษต่อๆ ไป

ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงกระตือรือร้นที่จะสร้างเทคโนโลยีที่มีต้นทุนต่ำและเป็นกลางทางคาร์บอน ซึ่งสามารถควบคุมอุณหภูมิแบบพาสซีฟได้ โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ

ทำงานทั้งสองวิธี

ความท้าทายที่สำคัญในการสร้างระบบดังกล่าวก็คือ วัสดุควบคุมความร้อนแบบเดิมไม่สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมการแผ่รังสีได้โดยอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น วัสดุทำความเย็นบางชนิดจะสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์ ขณะเดียวกันก็ปล่อยรังสีอินฟราเรดกลางออกมาใน "หน้าต่างโปร่งใส" หน้าต่างนี้เป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งรังสีจะไม่ถูกสะท้อนหรือดูดซับโดยชั้นบรรยากาศ และการปล่อยรังสีนี้จะมีผลทำให้เย็นลง อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้จะปล่อยรังสีในอุณหภูมิเย็น โดยทิ้งความร้อนอันมีค่าไป

ตอนนี้ Cui และเพื่อนร่วมงานได้สร้าง "เสื้อคลุมกันความร้อน Janus" (JTC) ใหม่ ซึ่งควบคุมอุณหภูมิในทุกอุณหภูมิโดยรอบ “เสื้อคลุมประกอบด้วยแผ่นเมตาแฟบริกโฟนิคที่ระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีซึ่งหันหน้าไปทางท้องฟ้า และฟอยล์รีไซเคิลโฟตอนหันหน้าเข้าไปด้านใน” Cui อธิบาย

ทีมงานเลือกวัสดุเหล่านี้เนื่องจากมีความแข็งแรงและเสถียรภาพสูง ต้นทุนต่ำ และทนทานต่อไฟและการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ด้วยเหตุนี้ พวกเขาจึงกล่าวว่าเสื้อคลุมนี้ผลิตได้ง่าย และทนทานต่อสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรง

ฟอยล์ด้านในของ JTC ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ มีค่าการนำความร้อนสูง แต่เกือบจะสะท้อนแสงได้อย่างสมบูรณ์แบบไปยังรังสีทั่วทั้งสเปกตรัมอินฟราเรดทั้งหมด โดยกักความร้อนไว้ภายใน นักวิจัยกล่าวว่าวัสดุต่างๆ เช่น เซรามิก ทองแดง และสแตนเลส ก็สามารถนำมาใช้ได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับความพร้อมของวัสดุ

วัสดุไฮเปอร์โบลิก

ผ้าเมตาแฟบริคที่หันหน้าไปทางท้องฟ้าของ JTC ประกอบด้วยโครงนั่งร้านที่ทอจากเส้นใยซิลิกาถักที่เชื่อมติดกับคริสตัลโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม 2 มิติ สิ่งนี้จะสร้างวัสดุ "ไฮเปอร์โบลิก" ซึ่งการตอบสนองต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบจะขึ้นอยู่กับมุมของพวกมัน

ตรงกันข้ามกับฟอยล์ที่อยู่ด้านล่าง metafabric มีค่าการนำความร้อนต่ำมาก แต่สะท้อนแสงอาทิตย์ได้สูง ซึ่งครอบคลุมช่วงที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรด นี่เป็นเพราะปฏิกิริยาระหว่างแสงและสสารภายในเมตาแฟบริค ซึ่งทำให้รังสีอินฟราเรดกลางกระจายไปรอบแกนของเส้นใยซิลิกา ในหน้าต่างโปร่งใส metafabric จะปล่อยรังสีทั้งหมดที่ดูดซับกลับมาอีกครั้ง โดยไม่ถ่ายโอนไปยังฟอยล์

เป็นผลให้ความร้อนภายในวัตถุที่ปิดบังมีแนวโน้มที่จะยังคงอยู่ แต่การแผ่รังสีจากสิ่งแวดล้อมจะไม่ทำให้วัตถุร้อนขึ้น

ทีมงานของ Cui ทดสอบ JTC กับรถยนต์ไฟฟ้าที่จอดอยู่บนถนนในเซี่ยงไฮ้ และเปรียบเทียบอุณหภูมิห้องโดยสารกับรถยนต์ที่ไม่มีหลังคา ในการทดลอง รถยนต์ที่มีหลังคายังคงอุณหภูมิ 8°C เย็นกว่ารถยนต์ที่ไม่มีหลังคาในวันฤดูร้อน และ 6.8°C อุ่นขึ้นในคืนฤดูหนาวที่หนาวเย็น

“นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถทำให้ร่างกายอบอุ่นขึ้นเหนืออุณหภูมิโดยรอบได้เกือบ 7 °C ในคืนฤดูหนาว” Cui อธิบาย “นี่เป็นเรื่องที่น่าแปลกใจสำหรับเราเช่นกัน เนื่องจากไม่มีพลังงานหรือแสงอาทิตย์เข้ามา และเรายังคงได้รับความอบอุ่น” กฎระเบียบเชิงรับนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากแบตเตอรี่และส่วนประกอบทางไฟฟ้าไม่สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรงได้ในทันที

สำหรับ Cui และเพื่อนร่วมงาน ขั้นตอนต่อไปคือการยกระดับการออกแบบ ซึ่งอาจนำไปสู่การใช้งานจริงที่น่าตื่นเต้นมากมาย “เสื้อคลุมระบายความร้อนมีความน่าเชื่อถือ เป็นแบบพาสซีฟอย่างแท้จริง และไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเฟสหรือชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว” เขากล่าวต่อ “สิ่งนี้ทำให้มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงในอาคาร ยานพาหนะ และแม้แต่สภาพแวดล้อมนอกโลก”

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน อุปกรณ์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์