天然木材和冷却木材板的照片

来源:©科学/美国科学促进会

天然木材(左)可以被去木质素化,以创造一种致密的木材(右),可以帮助凉爽的房屋覆盖在它上面。这种工程木材能够冷却它覆盖的任何东西,是因为它能够直接向太空发射红外辐射

压缩木材以去除缺陷可以使其变得非常坚固和坚韧甚至能挡住子弹.现在,来自同一团队的研究人员已经证明,如果在木材“致密化”之前剥离所有的木质素,得到的材料也可以在明亮的阳光下冷却。由于减少了空调所需的能源,使用这种材料建造的建筑物的碳足迹将大大减少。

在没有能量输入的情况下,在明亮的阳光下将建筑物冷却到低于环境温度,这似乎违反了物理定律,即热量自然地从热流向冷。然而,太阳,在6000左右°C,主要辐射可见光波长和近红外,而建筑发射的红外波长要长得多。大气中有一个红外线“透明窗口”,通过这个窗口,辐射可以进入外太空。因此,在建筑物上覆盖一种在可见光波长反射,但在这种透明窗户中发射的材料,可以让建筑物将自身的热量辐射到太空中,从而在明亮的阳光下冷却。

显示冷却木材的亚环境冷却性能的实时测量设置的图像

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实验装置用于研究白木的冷却性能

这就是理论。实际上,斯坦福大学研究人员在2014年开发的第一种此类材料,由电子束蒸发制成的七层.其他团队继续创造更简单,更实用的表面,如油漆而且电影达到同样的效果。然而,之前还没有人开发出一种结构材料,它在强烈的阳光下会固有地冷却。

这项新工作是由开发冷却膜的科罗拉多大学博尔德分校团队和开发致密木材的马里兰大学帕克分校团队合作完成的。在木材完全致密之前,必须部分剥离木质素以降低其脆性——这可以通过过氧化氢煮沸来实现。研究人员发现,如果他们剥离了所有的木质素,得到的致密木材可以很好地散射可见光,同时在红外透明窗口中具有很高的发射性。尽管如此,这种材料的强度仍然是天然木材的9倍,韧性是天然木材的10倍。这是违反直觉的,因为木质素为天然木材提供了结构支撑。马里兰大学的研究人员解释说:“如果你去掉木质素,那么树木就不能再忍受了。Liangbing胡.“但当你剥离木质素,挤压纤维素纤维,使它们在干燥状态下形成大量氢键时,就可以最大化它们的相互作用。”

冷却木材的扫描电镜图像,显示对齐的木材通道

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在扫描电子显微镜下的致密白木

“我认为这是一篇非常有趣的论文,”他说Claes-Goran Granqvist瑞典乌普萨拉大学教授。“这肯定是某种超级材料,具有优异的机械强度,而且非常白。当然,成本将是非常重要的,我不能从这里的论文来判断。但从概念上讲,人们终于开始考虑真正的建筑材料中的辐射冷却,这也很有趣,因为在过去,人们并没有真正意识到晴朗天空的冷却潜力。”

该故事于2019年6月4日更新,修改了关于太阳辐射的段落