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[材料资讯] 胡良兵:将超级木头送热上太空,辐射制冷效果高达10度,强度媲美钛合金

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发表于 2019-5-25 16:13:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
马里兰大学胡良兵教授团队和科罗拉多大学尹晓波教授团队合作报道了一种可以自动降温的高性能结构材料。这种材料通过一种新型被动辐射冷却技术产生永久散热路径:通过大气透明窗口将热量从这些结构散发到具有零能耗的超冷宇宙中。辐射制冷效果高达10度,而强度媲美钛合金。该篇文章发表在Science上。DOI: 10.1126/science.aau9101。
  由于木材纤维素的低光学损耗和无序的光子结构,降温木材呈现出极高的光学白度,不吸收可见光。降温木材中保持了原始木材有序排列的微米孔洞和纳米纤维素,其多尺度纤维和通道作为随机和无序的散射单元,对可见光光谱具有强烈的宽带反射。降温木材中纤维素的分子振动和拉伸有利于在红外区,尤其是8至13微米的大气透明窗口区域,产生强烈发射。因此,降温木材通过大气窗口辐射到宇宙中的热量超过其吸收的太阳辐射能量,从而实现无需任何能源输入的比环境温度更低的制冷。

辐射制冷结构材料

辐射制冷结构材料
  降温木材在夜间和白天(上午11点至下午2点)的平均冷却功率分别为63 W/m2和16 W/m2。全天的平均冷却功率为约50 W/m2。夜间和白天分别能够实现平均低于环境温度>9 ℃和>4 ℃的降温。
  与天然木材相比,降温木材的机械强度提高了约8.7倍,韧性提高了10.1倍。更是超过了钢、铝、镁、钛四大合金。
  该团队使用木材这种可再生和可持续的生物材料,来实现辐射发射的方法,与以前的利用纳米光子谐振器的策略有所不同。马里兰大学的胡良兵教授表示:“这是我们研究组实现的木头和纤维素纳米技术的又一重大进步:降温木材仅由木材制成,也就是说,没有任何其他例如聚合物的成分,可以作为绿色建筑材料有效冷却您的房屋”。该团队的李恬博士表示,“这种木材通过大气透明窗口将热量辐射到超冷的宇宙中去,不需要任何能量输入,可以有效减缓全球变暖和能源危机。

胡良兵教授2002年本科毕业于中国科学技术大学少年班,2007年在加州大学洛杉矶分校获得博士学位,2006年与他人共同创立Unidym公司,从事基于碳纳米管的柔性透明电极的大规模生产及其用于触摸屏、柔性OLEDs、太阳能电池的研究。2009年至2011年期间,以博士后的身份加入斯坦福大学崔屹课题组从事纳米材料和纳米结构用于能源器件的研究。目前是美国马里兰大学(帕克校区)副教授。研究兴趣包括:纳米材料和纳米结构,大规模的纳米制造,储能器件如固态电池、钠离子电池,印制电子。

尹晓波,博士毕业于斯坦福大学,现任科罗拉多波尔得分校材料科学与工程和力学工程学院教授。他主要研究纳米微结构和光学材料,如光子晶体和超材料、辐射热传输、高温材料,以及可扩展材料。他获得的荣誉有2015DARPA青年教师奖、2017穆尔发明家学术奖、2017Kavli基金材料科学青年讲座教授。他发表了各类论文80余篇,他引超过10000次。他的研究工作多次被国际著名期刊杂志如《自然》、《科学》、《今日物理》、《美国科学》、《经济学人》和《福布斯》所报道。他最近关于辐射制冷的工作被Institute of Physics (IOP) Physics World评为2017世界十大科研进展之一,也被《经济学人》评为最受关注的十大新闻之一。


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