研究人员受蝴蝶启发开发彩色薄膜 可帮助汽车保持凉爽
研究人员受蝴蝶启发开发彩色薄膜 可帮助汽车保持凉爽
盖世汽车讯 在炎炎夏日，白色衣服能够反射而不是吸收太阳光，因此比其他颜色的服饰感觉更凉爽，而其他颜色（例如蓝色或黑色）在吸收光时会产生加热效应。据外媒报道，为了避免彩色冷却膜中发生加热效应，研究人员从蝴蝶翅膀的纳米结构中汲取了灵感，开发出新型彩色薄膜。
（图片来源：Optica期刊）
这种新型薄膜不吸收任何光线，可用于建筑物、车辆和设备的外部，以减少冷却所需的能源，同时保持鲜艳的色彩。中国深圳大学的研究团队负责人汪万林表示：“在建筑物中，大量能源用于冷却和通风，而在电动汽车中运行空调，会使续航里程减少一半以上。使用这种冷却膜，有助于实现能源可持续性和碳中和。”
(资料图)
在期刊《Optica》上，研究人员阐明，新开发的薄膜可将彩色物体的温度降至比环境温度低约2℃。另外，当整天放在室外时，蓝色版本薄膜比传统蓝色车漆的温度低约26℃。这相当于每年节省约1377 MJ/m 2的能源。
汪教授表示：“使用这种新薄膜，无论所需的颜色、饱和度或亮度如何，都可以实现卓越的冷却性能。它们甚至可以用于纺织品，以制作在高温下感觉舒适的各种颜色的衣服。”
受大自然启发
涂有蓝色油漆的汽车呈现蓝色，因其吸收黄光并反射蓝光，而大量吸光会使汽车升温。然而，蓝闪蝶（Morpho butterflies）却能够基于其翅膀中的纳米结构而产生高度饱和的蓝色。这种冷却纳米薄膜设计模仿这些结构，可以产生鲜艳的色彩，而不会像传统油漆那样吸收光线。
为了制造受蓝闪蝶启发的纳米薄膜，研究人员将无序材料（粗糙的磨砂玻璃）置于由二氧化钛和氧化铝制成的多层材料下。然后，将这种结构放置在可以反射所有光线的银层上，从而防止吸收太阳辐射及相关热量。这种薄膜的颜色取决于其多层结构中的组件反射光的方式。例如，为了产生蓝色，该多层材料被设计为可在非常窄的角度范围内反射黄光，而无序结构将蓝光扩散到广阔的区域。
彩色物体的被动冷却
汪教授表示：“受益于新开发的分层结构，研究人员能够将这种被动冷却方法从无色物体扩展到彩色物体，同时保持色彩性能。换句话说，这种蓝色薄膜在大范围视角下看起来都是蓝色的，并且不会变热，因其可以反射所有的光。此外，通过优化结构，还可以实现高饱和度和高亮度。”
为了测试新技术，研究人员制作出蓝色、黄色和无色薄膜，并在冬季和夏季的上午9点至下午4点将其放置在室外屋顶、汽车、布料和手机等表面。他们使用热电偶传感器和红外摄像机来测量温度，结果发现，在冬天，冷却膜比放置表面的温度低约15℃，而夏天比放置表面的温度低约35℃。
研究人员指出，用铝膜代替银膜，可以降低薄膜成本，并且可以通过电子束蒸发和磁控溅射等可扩展方法进行制造。目前，该团队已展示了这种薄膜的冷却和色彩性能。研究人员计划进一步研究和优化其他性能，例如机械和化学稳定性。
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