骆驼毛风格的技术利用蒸发来保持产品冷却而无电

时间：2022-05-21 17:25:06 来源：

这张照片显示了透明的水凝胶-气凝胶冷却双层的侧视图。

科学家开发了一种双层被动冷却技术，其灵感来自骆驼在炎热的沙漠阳光下保持凉爽的方式。该技术的底部水凝胶层的作用就像骆驼的汗腺一样，通过蒸发水来降低温度，而顶部气凝胶层的作用就像皮草，在使水蒸气通过的同时，可以隔绝外界热量。该研究于今天（2020年11月11日）发表在《焦耳》杂志上，表明该设计使产品保持凉爽的时间比传统的单层方法长五倍。

麻省理工学院材料科学与工程系主任杰弗里·格罗斯曼（Jeffrey Grossman）说：“以前的被动冷却研究的重点是模仿哺乳动物汗腺的蒸发，但在这项工作中，我们确定了毛皮隔热材料的关键作用。”该研究的资深作者。“通过模仿骆驼的双重皮毛/腺体系统，我们设计了一个蒸发绝缘双层，与骆驼一样，它可以在不消耗水的情况下显着延长被动蒸发冷却时间。”

随着气候变暖，保持建筑物凉爽并保存食品和药品的技术变得越来越必要，科学家们正在热切地寻求不需要外部能源的被动冷却方法。尽管基于水凝胶蒸发的方法是最有前途的被动冷却解决方案之一，但它们往往需要大量的水，并且长期使用的潜力有限。

此图像显示了透明水凝胶-气凝胶冷却双层的标记照片，指示了水垢和两层。

通过从沙漠动物的生理学角度考虑这些问题，Grossman及其同事意识到，现有的蒸发冷却技术缺少关键组件。

格罗斯曼说：“动物学家报告说，与自然羊毛外套相比，a骆驼在白天必须将出汗的水消耗增加50％。”“因此，为了最大程度地减少水的损失，同时又保留蒸发的冷却能力，从而在更长的时间内扩展冷却能力，我们将注意力转向了自然。”

为了模仿骆驼的皮毛层，研究人员合成了高度多孔的疏水性二氧化硅气凝胶，其导热率约为空气的一半，然后将它们与模仿汗腺的水凝胶结合在一起。然后，研究小组在封闭的室内以受控的环境温度和相对湿度测试了所得双层的样品，证明该样品可以保持比周围环境低7摄氏度的温度。仅具有水凝胶层的冷却技术可以保持稍低的温度，但是双层技术的使用寿命更长。被5毫米气凝胶覆盖的5毫米水凝胶层在其水分被耗尽之前需要保持200小时的温度，并且需要补充水分，而仅水凝胶层仅持续40个小时。

由于双层无源冷却技术能够长时间保持物体冷却而无需用电，因此它可以使分销商无需空调就可以运输，运输和临时存储产品，这项服务在世界各地特别有用电力仍然稀缺的地方。

格罗斯曼说：“这项技术还可以使传统的蒸发技术显着小型化，因为它可以为任何给定的供水量提供更长的移动有效冷却时间。”“它还可以潜在地帮助对冷却需求迅速增加的建筑物进行热量管理。”

但是，使该技术具有优势的气凝胶层目前限制了其扩大规模以广泛使用的能力。Grossman说：“虽然气凝胶的材料成本很低，但由于临界干燥步骤，制造成本目前是可扩展性的瓶颈，”他指出共同作者之一Elise Strobach共同创立了一家初创公司，成立公司，寻求可扩展生产的透明气凝胶，用于建筑窗户应用。

参考：卢正茂，Elise Strobach，陈宁欣，Nicola Ferralis和Jeffrey C. Grossman的“透明的蒸发-绝缘双层的被动亚环境冷却”，Joule.DOI：
10.1016 / j.joule.2020.10.005

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