慧正資訊，從新加坡國立大學(xué)（nus.edu.sg）得到的消息，該校開發(fā)出兩種新型氣凝膠，該兩項(xiàng)新研究展示了氣凝膠如何為建筑物提供降溫并保護(hù)免受電子設(shè)備發(fā)出的有害電磁波的影響。
新加坡國立大學(xué)機(jī)械工程系的副教授 Duong Hai-Minh（左二）及其團(tuán)隊——Goh Xue Yang（左一）、Nguyen Tan Luon（左三）和 Bai Tianliang（最右）——開發(fā)了用于輻射冷卻（白色氣凝膠）和電磁波吸收（灰色氣凝膠）的創(chuàng)新氣凝膠。
氣凝膠以其多孔性和低密度著稱，是一種具有多種功能的固體材料——從在體重管理補(bǔ)充劑中吸收脂肪球到促進(jìn)更可持續(xù)的金屬回收過程。傳統(tǒng)上，氣凝膠用于航空航天工業(yè)提供隔熱保護(hù)，而新加坡國立大學(xué)（NUS）的科學(xué)家們將這一材料提升到了新的水平，利用其獨(dú)特特性為建筑和施工、環(huán)境修復(fù)、藥物遞送，甚至服裝和紡織品等多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供價值。
在一項(xiàng)開創(chuàng)性工作中，由新加坡國立大學(xué)設(shè)計與工程學(xué)院機(jī)械工程系的副教授 Duong Hai-Minh 領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊開發(fā)了用于兩種新應(yīng)用的氣凝膠：輻射冷卻和電磁波（EMW）吸收。
該團(tuán)隊利用塑料廢料設(shè)計出薄膜氣凝膠，具有隔熱和輻射冷卻功能。這些氣凝膠可應(yīng)用于建筑屋頂?shù)热魏伪砻?，以降低?nèi)部溫度，提供了一種可擴(kuò)展且可持續(xù)的無能耗熱管理解決方案。團(tuán)隊的研究成果于2024年5月15日發(fā)表在《Solar Energy》期刊上。
在另一項(xiàng)研究中，新加坡國立大學(xué)的研究人員設(shè)計了一種簡單且可擴(kuò)展的方法，用于生產(chǎn)吸收X波段電磁波的氣凝膠。X波段是天氣監(jiān)測和空中交通管制中使用的頻段。這些輕質(zhì)且耐用的氣凝膠能夠防止電磁污染，保護(hù)人類和敏感設(shè)備免受日益數(shù)字化世界中的電磁波影響。該研究于2024年1月10日發(fā)表在《Carbon》期刊上。
研究人員的工作建立在他們之前的成功基礎(chǔ)上，開發(fā)了由多種廢棄材料制成的氣凝膠，包括塑料、紙張和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品（如菠蘿葉）。
在這一演示中，白色氣凝膠將下方區(qū)域與周圍熱量隔離，同時通過輻射冷卻使該區(qū)域降溫，如圖所示，氣凝膠的上表面溫度低于熱水盆的溫度。
用于輻射致冷卻的氣凝膠
傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，如空調(diào)，耗能巨大，占全球建筑用電的約20%。新加坡國立大學(xué)團(tuán)隊開發(fā)的新型氣凝膠提供了一種被動冷卻替代方案，利用自然的輻射冷卻過程將熱量散發(fā)到太空，而無需消耗能源。
“這個過程涉及使用特別設(shè)計的氣凝膠，通過大氣的‘天空窗口’發(fā)射紅外輻射，有效地將表面溫度降至環(huán)境水平以下，”副教授 Duong 說道。“我們很高興能夠?qū)⒁淮涡跃蹖Ρ蕉姿嵋叶减ィ≒ET）瓶中的纖維回收利用，用于為此目的設(shè)計的新型氣凝膠，以幫助應(yīng)對全球塑料廢物危機(jī)?！?
該團(tuán)隊之前曾使用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維生產(chǎn)氣凝膠，但最新的方法顯著更具能效，能耗降低約97%，生產(chǎn)時間縮短96%。在與新加坡國立大學(xué)量子技術(shù)中心的 Dr. Jaesuk Hwang 合作進(jìn)行的測試中，該材料在新加坡的溫暖氣候下，厚度為0.5厘米時產(chǎn)生了2攝氏度的冷卻效果，這是通過向周圍環(huán)境發(fā)射紅外熱量，同時表現(xiàn)出良好的隔熱性能，從而防止周圍環(huán)境的熱量被吸收。
“這些氣凝膠可以減少住宅和商業(yè)建筑的能耗，特別是在需要降溫的熱帶氣候中，”副教授 Duong 補(bǔ)充道。
未來的研究將集中于將這些氣凝膠適應(yīng)于不同氣候條件，并擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，不僅限于建筑隔熱，例如在工業(yè)過程中，液體循環(huán)管道的高效熱管理至關(guān)重要。
在這一演示中，被灰色氣凝膠保護(hù)的手機(jī)記錄到的WiFi速度顯著較慢，這表明該氣凝膠吸收了手機(jī)接收到的電磁波。
用于電磁波吸收的氣凝膠
在這一演示中，受到灰色氣凝膠保護(hù)的手機(jī)記錄到的WiFi速度顯著降低，這表明該氣凝膠吸收了手機(jī)接收到的電磁波。
現(xiàn)代電子設(shè)備會發(fā)出電磁波（EMWs），這些波會干擾附近的設(shè)備并對健康造成風(fēng)險，包括DNA損傷和癌癥。因此，開發(fā)能夠有效吸收電磁波的材料以保護(hù)人類和基礎(chǔ)設(shè)施免受這些不良影響至關(guān)重要。其應(yīng)用包括增強(qiáng)建筑物的隱私和安全性，以及保護(hù)敏感的醫(yī)療設(shè)備。
為了解決這一需求，副教授 Duong 的團(tuán)隊開發(fā)了一種可擴(kuò)展且環(huán)保的程序，以生產(chǎn)對電磁波吸收有效的新型氣凝膠。該過程涉及將三種主要成分——碳納米管、聚乙烯醇和羧甲基纖維素——混合在一起，然后進(jìn)行冷凍干燥。
這種氣凝膠厚度約為3毫米，約為40根人類頭發(fā)的寬度，表現(xiàn)出令人印象深刻的電磁波能量吸收能力，達(dá)到99.99%。在整個X波段（8.2–12.4 GHz）電磁譜中，該氣凝膠始終顯示出吸收90%電磁波能量的能力，X波段主要用于雷達(dá)系統(tǒng)、天氣監(jiān)測和空中交通管制。
“除了在X波段提供1.2–2.2 GHz的寬吸收帶寬外，我們的氣凝膠重量也比現(xiàn)有的電磁波吸收復(fù)合材料輕約10倍，”副教授 Duong補(bǔ)充道。“與其他復(fù)合材料不同，我們的氣凝膠在使用前無需與重聚合物填料混合?！?
研究人員估計，生產(chǎn)一平方米、厚度為一厘米的氣凝膠的成本不到100新元。這一成本遠(yuǎn)低于其他類似商業(yè)材料的價格，后者通常在180新元至1000新元以上。
展望未來，團(tuán)隊計劃改進(jìn)氣凝膠的機(jī)械性能，如柔韌性，以擴(kuò)大其在各種建筑和基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中的適用性。研究人員還旨在進(jìn)行實(shí)際測試，以全面評估氣凝膠在實(shí)際場景中的電磁波吸收能力。
文章來源：FUNction Device improves quality of life of patients with muscular dystrophy (nus.edu.sg)
