相變材料製成新隔熱薄膜,隔絕 70% 太陽熱量

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 12 日 14:15 | 分類 太陽能 , 材料 , 能源科技 follow us in feedly

全球夏季氣溫年年攀升,但冷氣溫度越開越低也不是辦法,為了降低能源消耗並保護環境,科學家致力於開發各式建築物隔熱薄膜。麻省理工學院團隊最近發表了以相變材料為主的新隔熱膜,如果將之貼在建築物每片窗戶上,預估該棟建築物空調成本可降低 10%。



根據估計,空調電力占了美國總電力消耗 6% 左右,每年成本約 290 億美元,隨著全球氣溫攀升,這筆支出肯定還會繼續增加。

建築物內主要熱量來源是從窗戶外滲進來的陽光,每平方公尺約有 500W 熱能進入,而現代辦公大樓為強調美觀效果與設計感,外層多採用玻璃帷幕牆,於是大量熱能從窗戶外透進來,致使內部需要浪費大量空調成本降溫。

不過兵來將擋,水來土掩,為了好好利用這股炙熱的太陽熱量,科學家也著手研發各種採光與發電兼具的太陽能窗戶、太陽能隔熱薄膜等,甚至有中國科學家還研發一款智慧窗戶,在隔熱的同時還能殺菌。

來自麻省理工學院的機械工程系教授 Nicholas Fang 則與香港大學科學家合作,考量到市面現有智慧型窗戶控制太陽熱量進入的效果不彰,思考能否改以新的光學材料與塗層製成更好的隔熱薄膜。

他們研究了相變材料,想知道是否能藉這種材料的光散射特性被動反射大部分熱量,最後選出以溫感性分子製成 PNIPAAm-AMA(poly (N-isopropylacrylamide)-2-Aminoethyl methacrylate hydrochloride,註)結構表面,這些微粒經過改性後可以更有效抑制熱量,且當暴露在 29℃ 以上的溫度環境時會收縮。

研究人員將含有 PNIPAAm-AMA 的溶液塗覆在 12×12 英寸玻璃板上變成隔熱薄膜,接著用光照射,發現由於微粒在高溫中收縮,這層薄膜反而因此變得更加透明,且測量窗戶另一側的溫度後,發現薄膜能阻擋高達 70% 熱量。

另外一項實驗中,團隊則測量了貼滿隔熱薄膜的小箱子內部溫度,發現如果沒有薄膜,則箱子內部溫度在光線照射下被加熱到約 38℃,加了薄膜後則大約剩下 33℃。

團隊目前也在考慮調整材料配方,希望可以更提高塗層的隔熱效率。新論文發表在《Joule》期刊。

註:poly (N-isopropylacrylamide) 中文為「聚 N-異丙基丙烯醯胺」;2-Aminoethyl methacrylate hydrochloride 中文為「2-氨乙基甲基丙烯酸酯鹽酸鹽」。

(首圖來源:麻省理工學院新聞室

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