以骆驼双层皮毛为灵感,科学家研发不用电的冷却材料

砂石颗粒小,吸热快、散热也快,因此被砂石土壤覆盖的沙漠日夜温差颇大,夏季中午气温最高可达摄氏80度,入夜又会降到零下,考验着沙漠动物的体温、水分调节,最近美国科学家便以大自然为灵感,从骆驼“皮毛”的优点研发出不需要电力的冷却材料。

因应变化多端又苛刻的自然环境,沙漠生物都有一手好本领,其中素有沙漠之舟美名的骆驼,可以把能量用脂肪形式存储在驼峰中、有长长的睫毛来防风砂,这次美国麻省理工学院看中的则是双峰骆驼厚厚的双层皮毛,双峰骆驼毛多又长且为双层,相当耐寒又能减少水分流失。

这并非直接拿骆驼皮毛制成材料,也不是讲述穿骆驼毛大衣的优点,不过麻省理工学院表示,出于相同优点,许多居住在沙漠地带的人们确实倾向穿厚外套,无论是厚毛皮还是大衣,都可以降低水分流失速度,同时也能维持一定的流汗散热。

虽然全身毛茸茸的看起来非常热,但毛皮比较像是透气的隔热层,研究人员也指出,实验也显示,剃毛会让骆驼的水分流失增加50%。为了制造出保暖双层的效果,麻省理工学院团队把位于底层、容易蒸发的凝胶(glands)想象成汗腺,上方导热率较低的气凝胶(aerogel)则是冷却材料的“毛皮”,水分蒸发的同时阻止热量跑进来。

其中凝胶材料97%为水,在使用过程中会慢慢蒸发掉,麻省理工学院实验指出,在摄氏30度环境下,若凝胶与气胶分别为5毫米厚,相叠状态下200小时候即可完全蒸发,在蒸发冷却作用下,温度也会降低7度,在只有凝胶的情况下,时间则缩短到40小时,降温幅度增加到8度,在还没干枯之前,凝胶都可以通过加水从零开始。

研究人员表示,新型冷却材料可以应用在食品包装或是药品、疫苗冷链,农作物与疫苗都有温度管理,团队认为这项设计除有冷却、降低温度变化优势,还不用任何的电力。研究科学家Nicola Ferralis表示,无论是在运送货物还是买回家的路上,有助维持护农作物跟药物的品质,若是使用冷冻卡车或是一般储物空间,可能无法保持股物一路都在适当的温度,在卸货的时候更有可能会出现“破口”,“对于容易腐坏的食物,短短几个小时内发生的情况都会影响品质”。

教授Zhenmao Lu以电力受限的发展中国家为例,表示类似的被动冷却方法不用任何的外置与内部电力,为存储与运送易腐产品提供一条良好途径。

只是凝胶虽然是用水制成、气凝胶为二氧化硅,材料虽然丰富且便宜,但是制造气凝胶的处理设备庞大又昂贵,还需要进一步开发与研究,以便扩大规模制造。

(首图来源:麻省理工学院)

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