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科学家展示新型超级绝缘凝胶 材料源自啤酒酿造副产物
来源:cnBeta.COM 发布时间:2018-08-21

气凝胶是当前最轻且优质的热绝缘材料,其重量的 9 成以上都是空气。但云雾状的浑浊外观,意味着它们难以当做“窗户”来使用,毕竟这是导致热量逃离建筑物的原因之一。好消息是,科罗拉多大学博尔德分校的研究人员们,已经找到了将之变透明的方法,重点是借助啤酒酿造时的副产品。

将空气困住,是热绝缘体的一个关键。普通衣服透风,但羊毛和鹅绒等材料的表面积更大、可以容纳更多空气,从而实现更好的保暖效果。

气凝胶的主要组成部分也是空气,这使得它们成为极佳的绝缘体,并且已经普遍用于砖块、小房子、以及冬季夹克中。

然而要将它们变成窗户的话,不得不考虑其独特的材料结构:

气凝胶具有十字交叉的固体材料结构,能够产生数十亿个气孔来吸收空气、但也散射出大量光线,使它们有时看起来会被称作‘冷冻烟雾’。

为此,团队着手开发一种更加透明的气凝胶。它不仅可以安装在窗户上让光线通过,还能保持住热量。

为此研究人员转向了纤维素材料,这是一种常见的植物糖,可以操纵其分子、以均匀的格子图案连接起来。但最机智的是,他们采用了收购来的液体废弃物。

作为啤酒酿造的副产物,啤酒麦汁通常会被工厂丢弃掉。但在被该团队回收后,他们添加了专门的细菌,可以在大约两周的时间内,从啤酒麦芽汁中制造纤维素。

对于手上的材料,研究团队可以诱导纤维素自组装称纳米纤维,然后用于制造凝胶。最终结果是,它不仅薄膜透明,且高度耐热。

团队称,透明气凝胶的最佳案例,就是粘贴在窗户上的薄膜。它可以大大提升隔热性,在增加热效率的同时、成本更加低廉。

研究合著者 Andrew Hess 称,替换窗户的成本很高,我们当前正在设想一种改装产品。它与消费者在 Home Depot 等商场买到的剥离和粘贴薄膜差不多。

此外,这项技术还有许多其它应用前景,包括智能衣物、汽车绝缘、以及消防防护。

值得一提的是,这些应用甚至可以闯出地球。几个月前,该团队赢得了美国宇航局(NASA)举办的 2018 iTech 竞赛,作品是将气凝胶作为超凡脱俗的窗户绝缘体。

这份研究的通讯作者 Ivan Smalyukh 表示,透明度是一项实用的功能,因为你可以在窗户上使用这种凝胶,甚至在外星生境中使用它。

你可以通过隔热材料采集和储存阳光的能量,保护自己免受火星或月球上巨大的温差振荡。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《纳米 能源》(Nano Energy)期刊上。原标题为:《Flexible transparent aerogels as window retrofitting films and optical elements with tunable birefringence》


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