以駱駝雙層皮毛為靈感,科學家研發不用電的冷卻材料

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 13 日 11:00 | 分類 材料、設備 , 環境科學 Telegram share ! follow us in feedly


砂石顆粒小,吸熱快、散熱也快,因此被砂石土壤覆蓋的沙漠日夜溫差頗大,夏季中午氣溫最高可達攝氏 80 度,入夜又會降到零下,考驗著沙漠動物的體溫、水分調節,最近美國科學家便以大自然為靈感,從駱駝「皮毛」的優點研發出不需要電力的冷卻材料。

因應變化多端又苛刻的自然環境,沙漠生物都有一手好本領,其中素有沙漠之舟美名的駱駝,可以把能量用脂肪形式儲存在駝峰中、有長長的睫毛來防風砂,這次美國麻省理工學院看中的則是雙峰駱駝厚厚的雙層皮毛,雙峰駱駝毛多又長且為雙層,相當耐寒又能減少水分流失。

這並非直接拿駱駝皮毛製成材料,也不是講述穿駱駝毛大衣的優點,不過麻省理工學院表示,出於相同優點,許多居住在沙漠地帶的人們確實傾向穿厚外套,無論是厚毛皮還是大衣,都可以降低水分流失速度,同時也能維持一定的流汗散熱。

雖然全身毛茸茸的看起來非常熱,但毛皮比較像是透氣的隔熱層,研究人員也指出,實驗也顯示,剃毛會讓駱駝的水分流失增加 50%。為了製造出保暖雙層的效果,麻省理工學院團隊把位於底層、容易蒸發的凝膠(glands)想像成汗腺,上方導熱率較低的氣凝膠(aerogel)則是冷卻材料的「毛皮」,水分蒸發的同時阻止熱量跑進來。

其中凝膠材料 97% 為水,在使用過程中會慢慢蒸發掉,麻省理工學院實驗指出,在攝氏 30 度環境下,若凝膠與氣膠分別為 5 公釐厚,相疊狀態下 200 小時候即可完全蒸發,在蒸發冷卻作用下,溫度也會降低 7 度,在只有凝膠的情況下,時間則縮短到 40 小時,降溫幅度增加到 8 度,在還沒乾枯之前,凝膠都可以透過加水從零開始。

研究人員表示,新型冷卻材料可以應用在食品包裝或是藥品、疫苗冷鏈,農作物與疫苗都有溫度管理,團隊認為這項設計除有冷卻、降低溫度變化優勢,還不用任何的電力。研究科學家 Nicola Ferralis 表示,無論是在運送貨物還是買回家的路上,有助維持護農作物跟藥物的品質,若是使用冷凍卡車或是一般儲物空間,可能無法保持貨品一路都在適當的溫度,在卸貨的時候更有可能會出現「破口」,「對於容易腐壞的食物,短短幾個小時內發生的情況都會影響品質」。

教授 Zhenmao Lu 以電力受限的開發中國家為例,表示類似的被動冷卻方法不用任何的外接與內部電力,為儲存與運送易腐產品提供一條良好途徑。

只是凝膠雖然是用水製成、氣凝膠為二氧化矽,材料雖然豐富且便宜,但是製造氣凝膠的處理設備龐大又昂貴,還需要進一步開發與研究,以便擴大規模製造。

(首圖來源:麻省理工學院

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