“薄膜降温”是骗局吗？VIP免费

“薄膜降温”是骗局吗？前不久，笔者在上网浏览时，无意中发现一位网友这样一条微博。显然，这位网友对《经济学人》介绍的薄膜降温很不以为然，认为这是违背热力学第二定律的胡扯。那么真相究竟如何呢？《经济学人》介绍的这种新型降温手段来自于美国科罗拉多大学华人学者尹晓波和杨荣贵的研究团队去年发表在《科学》杂志上的一篇论文。在这篇论文中，研究人员介绍了他们开发的一种新材料，无需外界能量就可以在白天日照存在的情况下实现降温。那么这种新材料是如何发挥作用的呢？我们知道，太阳无时无刻不在向外散发电磁辐射。这些辐射被物体吸收后，就可以转化为热能，使得物体温度升高。事实上不仅太阳，任何温度高于绝对零度的物体都会以电磁波辐射的形式向周围环境散发热量，这就是通常所说的黑体辐射。因此地球表面的物体一方面吸收来自太阳的电磁辐射，另一方面又以电磁辐射的方式向外散热，最终温度是升高还是降低，自然取决于两种力量的对比。物理学家告诉我们，一个黑体单位面积能够释放出的能量与黑体温度（以热力学温标即绝对温度计算，单位为）的四次方成正比。太阳的表面温度近，而地表物体的温度不过多，所以太阳热辐射的能力要远远超出地表物体特别是在夏季，太阳直射，阳光被大气削弱的比较少，很容易就造成地表物体温度升高。这个时候，我们往往就需要电扇、空调等方式帮助降温，而这些手段通常需要外界提供能源。如果我们设法让一个物体将太阳光反射或者散射掉，它就无法从阳光中获取热量，而它向外界散发热量的过程仍然不受影响。这样一来，这个物体是不是即便在炎热的夏季也能保持自身凉爽呢？理论上讲确实如此，这就是通常所说的辐射降温。但实际上，因为太阳热辐射的能力实在太强，哪怕只有一小部分日光被物体吸收，仍然有可能造成物体温度的显著升高。例如夏天穿白色的衣服会比穿黑色的衣服更凉快，就是因为白色衣服能够更好地散射阳光。但即便我们穿了白色衣服，站在夏日的室外仍然可能觉得炎热难耐。有研究人员估算，要想完全不借助外界降温手段仅凭辐射散热降温，物体对阳光的反射率至少要达到左右，这在常规材料中是很难实现的，要想达到这个目标，只能借助于具有微观结构的新材料。除了高反射率，要想实现良好的辐射降温效果，我们还必须让物体散发出的热辐射尽可能不被地球大气层吸收，否则地表物体散发出的热量一部分被大气吸收后又折返会地面，这也会让辐射降温的效果大打折扣。因此，我们需要让热辐射主要以波长为微米的红外线的形式散发，这个波段的红外线很难被大气层吸收，可以直达外太空。这一要求在常规材料中也很难实现，同样需要借助于微观结构。正是循着这个思路，在年，美国斯坦福大学华人学者范善辉教授带领的研究团队首次让白天的辐射降温成为可能。他们在硅的表面先镀上一层对阳光具有很强反射能力的金属银，然后在银的表面交替沉积上厚度在几十至几百纳米之间的二氧化硅和二氧化铪的薄膜。最终得到的装置不仅能够将高达的太阳光反射掉，而且其热辐射也集中在波长为微米的红外线，因此具有很好的辐射降温效果。实验表明，即便面对直射的日光，这种装置的温度仍然可以比地表大气温度低约5°C.这项研究随后发表在顶级学术刊物《自然》上，其重要意义可见一斑。范善辉教授研究小组通过特殊的纳米结构来保证白天辐射降温的效果（图片引自参考文献）然而这种新材料的一大缺陷是其生产过程需要使用复杂昂贵的加工设备，不适合大规模的推广。因此，尹晓波和杨荣贵两位学者带领的研究团队在此基础上进行了改进。他们的方法是在塑料薄膜内掺入二氧化硅的微粒，同时在塑料薄膜的一面镀上银的薄膜。这样形成的材料同样满足了高反射率和热辐射不被大气吸收这两条要求，因此可以实现类似的辐射降温效果，但与前面的例子相比，其生产工艺要简便得多，成本也大大降低。尹晓波和杨荣贵两位华人学者开发出的能够实现白天辐射降温的塑料薄膜（图片引自参考文献2）所以，所谓薄膜降温，实际上是通过特殊的设计尽量避免薄膜升温，从而让辐射降温的效果最大化。显然，这种降温手段不是什么胡扯，更不违反热力学第二定律。热力学第二定律描述的是热力学过程...