|
去年，地球经历了有记录以来最炙热的一年。然而，2024年的酷暑更凶猛，7月里竟有4天连续刷新地球历史上“最热日”的纪录。研究表明，极端高温不仅加剧了水资源短缺现象，令电网不堪重负，而且每年造成近50万人死亡。
面对这场“热浪挑战”，科学家纷纷亮出奇招。英国《自然》网站在近日的报道中展示了一些“降温秘籍”：从能释放热量的超冷材料，到智能调节热量的相变材料，再到新型高效空调，科学家正积极探索为城市降温的新策略。
研发电热冷却设备，引领清凉新风尚
大多数空调和冰箱通过压缩或膨胀流体来吸收或释放大量热量。尽管这些方法经济实惠，但会排放温室气体并消耗大量能源。国际能源署的数据显示，全球空调和电风扇耗电量约占建筑物总耗电量的20%。该机构预测，到2050年，全球空调所需能源将激增3倍。更令人担忧的是，空调中使用的冷却剂对环境有害。
科学家正寻找取代传统空调的新方法。去年11月，卢森堡科学技术研究所的伊曼纽尔·德费团队在《科学》杂志上发表文章称，他们成功研制出一种由金属铅、钪和钽制成的制冷装置，理论上工作效率最高可达60%左右。
这一创新的核心在于巧妙利用电热冷却原理。当电场作用于材料（陶瓷）上，改变电荷方向时，会导致材料温度暂时升高。当电场撤离，材料会迅速降温。整个系统无须任何移动部件，也不使用对环境有害的制冷剂，工作效率是标准空调系统的两倍，能大幅降低能源消耗。
德费团队与日本村田株式会社合作，制造出了原型设备。德费指出，村田公司生产的这种特殊陶瓷，广泛应用于手机、电脑等设备上，为新型制冷装置的广泛应用奠定了基础，不过将这一前沿技术转化为普及性产品尚需时日。
超冷和相变材料，提供降温新方案
除研制冷却系统外，科学家还研发出一些新型超冷材料和相变材料，旨在为城市的防暑降温提供新方案。
所有材料都会反射部分阳光，并以热量的形式释放能量。但超冷材料不仅能反射大部分太阳辐射，又能释放大量热辐射，无须电力即可实现降温。
2014年，美国斯坦福大学电子工程学教授范善辉和研究助理阿斯沃斯·罗曼等人在《自然》杂志上发表文章称，他们开发出一个超冷表面。这款超薄多层材料既能“卸载”建筑物内的红外热量，又能反射加热建筑物的太阳光，犹如给建筑物披上了一层“制冷外衣”。新材料由7层交替的二氧化硅和二氧化铪组成，当安装在屋顶上时，日间降温可达5℃。
超冷材料领域近年来发展迅速。科学家利用塑料、金属、油漆甚至木材等，研制出各式超冷材料。
今年7月，中国四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室赵海波教授等人在《科学》杂志发表论文称，他们研制出一种具有高太阳光反射率、可大规模制备、可循环利用的全生物质辐射冷却气凝胶。该气凝胶由明胶和DNA制备而成。研究结果显示，在高太阳辐照度的户外条件下，该气凝胶表面温度比环境温度低16℃，表现出优异的制冷性能。
澳大利亚墨尔本大学团队2023年在《材料化学》杂志描述了由悬浮纳米颗粒组成的“相变油墨”。这种材料被加热并变成金属时，呈线性结构，可反射多余热量，从而给周围环境降温。当它被冷却时，呈锯齿形结构，允许热量进入，让周围环境保持温暖。团队希望将这种油墨用作窗户涂料，并根据季节设计不同涂层，使建筑物冬暖夏凉。
从实验室到城市，亟待规范化发展
在与热浪的较量中，哪些冷却技术最终脱颖而出，目前尚不可知。众多创意仍“藏身”实验室静待时机；有些则“牛刀小试”，部署于小型项目中。
例如，有科学家提出，在阴云密布或潮湿天气条件下，超冷材料或许难以施展“身手”。这是因为水蒸气会捕获红外辐射，阻止其散发到太空。
今年1月，澳大利亚新南威尔士大学物理学家马蒂伊斯·桑塔莫瑞斯团队提出一项战略行动：他们用超冷材料改造沙特阿拉伯首都利雅得建筑物，同时将灌溉树木的数量增加一倍，预计使该城市气温降低了4.5℃。
赵海波教授在接受科技日报记者采访时表示：“超冷材料具有无须额外输入能源即可实现制冷的独特优势，未来有望在多个领域发挥重要作用。智能化和多功能化也是这类材料发展的重要趋势。”
但赵海波同时提醒：“目前这类材料大多处于学术研究阶段，对成本、施工条件等因素考虑较少，需要与工程需求相结合，以达到实用化目标。此外，超冷材料的性能评价方法尚不统一，国际上缺乏相关标准，亟须制定一套可靠的规范化研究标准，以促进该领域健康发展。”
|
