通常安装在室外的设备，夏天酷热的天气里，会由于气温影响和太阳照射而变得烫手。然而现在出现了这样一套装置，无需使用任何电源，就可以将物体降温超过13摄氏度。这听起来几乎像科幻小说中的魔法，但却在现实之中实现了，它是由麻省理工学院和智利的研究人员设计的新冷却系统。
该装置没有可移动的部件，其工作过程专业术语称之为辐射冷却。它可以阻挡入射的阳光，防止其被加热，同时还能够有效地发出红外光，本质上是热能辐射。红外光会直接升入天空然后进入太空，这样的过程就会使设备的温度大大低于周围的空气温度。
这套简单廉价的系统的关键是，采用了一种特殊的名为气凝胶的聚乙烯泡沫绝缘材料。这种轻质材料看起来和摸起来都有点像棉花糖，它能阻挡和反射太阳光中的可见光，使它们无法穿透物体。但是它却对携带热量的红外线高度透明，允许它们自由地向外传递。
2019年10月30日《科学进展》杂志发表了该研究，详细介绍了该系统。来自麻省理工学院的研究生阿尼勒罗伊、机械工程教授和系主任伊芙琳王、以及麻省理工学院和智利天主教大学的其他七人共同完成了该项研究。那么这样的冷却系统可以应用在哪些领域呢？它可以用来防止蔬菜和水果腐烂，从而使农产品保持新鲜的时间增加一倍，比较适合没有可靠的制冷电源的偏远地区。
辐射冷却是大多数热的物体用来冷却的主要过程。它们发射出中程的红外辐射，将物体的热能直接送入太空，因为空气对红外线高度透明。新设备是基于伊芙琳王和其他人一年前所做的概念演示，当时的系统设计中使用了辐射冷却，但却使用了物理屏障：用一个狭窄的金属条，帮助设备遮挡阳光直射，进而达到防止它升温的效果。该设备虽然工作正常，但它提供的冷却功率还不到采用高效隔热层的新系统的一半。
早期冷却设备想要实现深度冷却面临的最大问题就是如何防止周围空气热量的输入，它们面临的最大问题是隔热。几乎所有的隔热材料都具备阻挡红外线的特点，因此会干扰散热效果。关于如何减少热量损失的方法之前已有很多研究，但是关于如何最大程度地减少热量获取却研究甚少，因此这对于研究人员来说是一个挑战。
解决方案是通过开发新型气凝胶来解决的。气凝胶是一种轻质材料，主要由空气组成，具有很好的隔热性，其结构由某些材料的类似泡沫的微观结构组成。研究团队的新想法是用聚乙烯制成气凝胶，聚乙烯材料在许多种塑料袋中使用。于是他们开发出了一种轻柔，湿软的白色材料，它的重量极轻，特定体积的重量仅为水的1/50。
如图：左边显示新的绝缘材料块，可以反射可见光。右边在红外线下，材料是透明可见的。
这种材料成功的关键在于，它阻挡了超过90%的入射阳光，从而保护下面的表面免于加热的同时，它还对红外线非常透明，允许大约80%的热射线自由地向外传递。这样的特性让研究人员特别兴奋。试验结果表明，它可以显著地冷却放置在隔热层下方的金属或陶瓷材料制成的板。然后这块排放板可以冷却一个连接到它的容器，或冷却与它接触的线圈中的液体，从而为农产品、空气或水提供冷却。
为了测试他们对该系统有效性的预测，麻省研究团队和他们的智利合作者在智利的阿塔卡马沙漠建立了一个概念验证装置。那里是地球上最干旱的地方，全年几乎没有任何降雨。由于地处赤道，沙漠中接收到的强烈阳光可能会让该设备面临真正的考验。
该设备在中午阳光充足的情况下成功实现了13摄氏度的冷却效果，此前研究人员在麻省理工学院位于马萨诸塞州剑桥市的校园里进行过类似的测试，冷却温度近10度。
研究人员表示，从理论上讲,这种装置可以实现多达50度的温度下降, 他们正在继续研究进一步优化系统的方法,以便它可以扩大到其他冷却应用，例如建筑空调，而不再需要任何电源供应。
辐射冷却已经应用在一些现有的空调系统，以提高它们的效率。目前13度的冷却效果足以让农产品在偏远地区的保鲜效果发生显著变化。此外它可以用来为电力制冷提供一个初始的冷却阶段，从而使这些系统的负载最小化，使它们能够以更少的电力更有效地运行。
与使用真空系统进行隔热的被动式辐射系统相比，该发明已经在直射阳光下实现了更大程度的冷却，虽然还有一种用于隔热的真空系统非常有效，但缺点也很明显：很笨重、昂贵和不结实。采用聚乙烯气凝胶的主要潜在优势在于其相对紧凑和简易可行。
参考：https://news.mit.edu/2019/system-provides-cooling-no-electricity-1030
联系客服
