辐射斗篷使物体保持温暖和凉爽 – 物理世界

中国研究人员研制出一种保暖斗篷，可以在炎热的天气里对物体进行辐射冷却，在寒冷的时候让物体保持温暖。 崔克航 上海交通大学及其同事表示，他们的新技术提供了一种无需输入能量即可调节温度的有前途的方法。

建筑物的供暖和制冷约占全球能源消耗的20%。 随着气候变化导致极端天气的频率和严重程度不断升级，温度控制系统在未来几十年将进一步捉襟见肘。

因此，研究人员热衷于创造低成本、碳中和的技术，可以被动调节温度，无需使用电源。

双向工作

创建此类系统的一个重要挑战是传统的热调节材料无法自动切换其辐射行为。 例如，一些冷却材料反射太阳辐射，同时在“透明窗口”中发射中红外辐射。 该窗口是电磁频谱的一部分，其中辐射不会被大气反射或吸收，并且这种发射将具有冷却效果。 然而，这些材料在低温下也会发出辐射，浪费宝贵的热量。

现在，崔和同事创造了一种新的“Janus热斗篷”（JTC），它可以在所有环境温度下调节温度。 “斗篷由面向天空的全陶瓷辐射冷却声子超织物和面向内部的光子回收箔组成，”崔解释道。

该团队选择这些材料是因为它们具有高强度和稳定性、低成本以及优异的耐火和耐腐蚀性。 因此，他们表示这种斗篷易于制造，并且能够抵御恶劣的户外环境。

JTC 的内部箔片由铝合金制成，具有高导热性，但几乎可以完美反射整个红外光谱的辐射，从而将热量捕获在内部。 研究人员表示，根据材料的可用性，也可以使用陶瓷、铜和不锈钢等材料。

双曲材料

JTC 的面向天空的超织物包括由编织二氧化硅纤维编织而成的支架，该支架与二维六方氮化硼晶体粘合。 这就产生了一种“双曲线”材料，其对入射电磁波的响应取决于其接近的角度。

与下面的箔相比，超织物具有极低的导热率，但对太阳辐射具有高度反射性 - 覆盖可见光和近红外范围。 这是由于超织物内部的光与物质相互作用，导致中红外辐射围绕其二氧化硅纤维的轴散射。 在透明窗口中，超织物几乎重新发射其吸收的所有辐射，而不将其转移到箔上。

因此，被遮蔽的物体内的热量往往会被保留，但来自环境的辐射不会倾向于加热该物体。

新型弹热冷却系统显示出商业用途的前景

崔的团队在上海街道上停放的电动汽车上测试了 JTC，并将车内温度与未覆盖的汽车进行了比较。 在实验中，在炎热的夏天，有遮盖的汽车比没有遮盖的汽车凉爽约 8°C，在寒冷的冬夜则比无遮盖的汽车温暖 6.8°C。

“这是我们第一次实现冬夜气温比环境温度高出近 7°C，”崔描述道。 “这也让我们感到惊讶——没有能源输入或阳光，我们仍然会变暖。” 这种被动调节对于电动汽车尤其重要，因为它们的电池和电气元件无法轻易承受极端的温度波动。

对于 Cui 和同事来说，下一步将是升级他们的设计——可能会带来一系列令人兴奋的实际应用。 “热斗篷是可靠的，真正被动的，并且不涉及相变或移动部件，”他继续说道。 “这使得它有望在建筑物、车辆甚至外星环境的实际应用中使用。”

该研究描述于 设备.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/