大多數(shù)人都不會(huì)想到在炎熱的夏天穿上駝毛大衣，但事實(shí)上，許多沙漠居民確實(shí)傾向于穿上厚重的外衣，原因基本相同。因?yàn)轳橊劽笠?，或者說(shuō)是人的衣服，可以幫助減少水分的流失，同時(shí)讓汗液充分蒸發(fā)，起到降溫的作用。研究人員說(shuō)，測(cè)試表明，在相同的條件下，一只被剃光毛的駱駝比未剃光毛的駱駝多損失50%的水分。
麻省理工學(xué)院工程師開發(fā)的新系統(tǒng)使用兩層材料來(lái)達(dá)到類似的效果。該材料的底層，代替汗腺，由水凝膠、明膠狀物質(zhì)組成，主要由水組成，包含在海綿狀的基質(zhì)中，水很容易從中蒸發(fā)。然后在上面覆蓋一層氣凝膠，起到毛皮的作用，既能阻擋外部熱量，又能讓水汽通過(guò)。
水凝膠已經(jīng)用于一些冷卻應(yīng)用，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和詳細(xì)分析表明，這種厚度不到半英寸的新型兩層材料可以提供超過(guò)7攝氏度的冷卻，比單獨(dú)使用水凝膠的時(shí)間長(zhǎng)5倍，相比原來(lái)的不到2天，新型材料超過(guò)了8天。研究成果發(fā)表在《Joule》雜志上。
研究人員表示，該系統(tǒng)可用于食品包裝保鮮，為農(nóng)民銷售易腐爛的農(nóng)作物開辟更大的銷售選擇。它還可以讓疫苗等藥品在運(yùn)送到偏遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)得到安全保存。除了提供冷卻功能外，純由熱能驅(qū)動(dòng)的被動(dòng)系統(tǒng)還可以減少貨物所經(jīng)歷的溫度變化，消除可能加速變質(zhì)的峰值。
研究人員Ferralis解釋說(shuō)，這種包裝材料可以為易腐食品或藥品提供持續(xù)的保護(hù)，從農(nóng)場(chǎng)或工廠，通過(guò)分銷鏈，一直到消費(fèi)者家中。相比之下，依靠冷藏卡車或存儲(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)有系統(tǒng)可能會(huì)留下間隙，在裝卸過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生溫度變化。"在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生的事情可能對(duì)一些易腐食品非常不利。"他說(shuō)。
雙層系統(tǒng)所涉及的基本原材料價(jià)格低廉，氣凝膠是由二氧化硅制成的，它基本上就是海灘沙子，便宜又豐富。但制造氣凝膠的加工設(shè)備體積大且價(jià)格昂貴，因此這方面還需要進(jìn)一步開發(fā)，以擴(kuò)大該系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模。但至少有一家初創(chuàng)公司已經(jīng)在努力開發(fā)這種大規(guī)模的加工工藝，以利用這種材料來(lái)制造隔熱窗。
利用水的蒸發(fā)來(lái)提供冷卻效果的基本原理已經(jīng)以這樣或那樣的形式使用了幾個(gè)世紀(jì)，包括使用雙鍋系統(tǒng)來(lái)保存食物。這些系統(tǒng)使用兩個(gè)陶罐，一個(gè)在另一個(gè)里面，中間有一層濕沙。水從沙子中蒸發(fā)出來(lái)，通過(guò)外鍋，讓內(nèi)鍋冷卻。但像駱駝和其他一些沙漠動(dòng)物那樣，將這種蒸發(fā)冷卻與隔熱層結(jié)合起來(lái)的想法，以前還沒有真正應(yīng)用到人類設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)中。
對(duì)于食品包裝等應(yīng)用來(lái)說(shuō)，水凝膠和氣凝膠材料的透明度很重要，可以透過(guò)包裝清楚地看到食品的狀況。但對(duì)于其他應(yīng)用，如制藥或空間冷卻，可以使用不透明的絕熱層來(lái)代替，為特定用途的材料設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。
這種水凝膠材料由97%的水組成，水會(huì)逐漸蒸發(fā)掉。在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，一層5毫米的水凝膠，覆蓋5毫米的氣凝膠，需要200小時(shí)才能失去所有水分，而裸露的水凝膠則需要40小時(shí)。雙層材料的冷卻水平略低，降低了7攝氏度（約12.6華氏度），而不是8攝氏度（14.4華氏度），但效果更持久。一旦水分從水凝膠中消失，材料就可以重新加水，這樣循環(huán)就可以重新開始。
特別是在發(fā)展中國(guó)家，那里的電力供應(yīng)往往有限，這種材料可能會(huì)有很大的好處。因?yàn)檫@種被動(dòng)冷卻的方法完全不依賴電力，這就給你提供了一個(gè)很好的途徑來(lái)儲(chǔ)存和分配那些易腐產(chǎn)品一般。
論文標(biāo)題為《Passive Sub-Ambient Cooling from a Transparent Evaporation-Insulation Bilayer》。
