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研究人员分别调整磁翻板液位计的颜色和热性能

来源:编辑::发表时间:2019-09-18 17:50:16

    磁翻板液位计的颜色通常可以告诉您如何处理热量。想想在炎热的夏日穿着黑色衬衫 - 颜料越深,你可能会感觉到温暖。同样,玻璃窗越透明,它可以通过的热量就越多。磁翻板液位计对可见光和红外辐射的响应通常是自然相关的。

    现在,麻省理工学院的工程师们已经制作了强大的,类似组织的聚合物磁翻板液位计的样品,其颜色和热性能可以独立地定制。例如,他们制造了非常薄的黑色薄膜样品,旨在反射热量并保持凉爽。他们还制作了呈现其他颜色的彩虹的影片,每种颜色都反射或吸取红外辐射,无论它们对可见光的反应如何。

 

 

磁翻板液位计.jpg

 

    研究人员可以专门调整这种新磁翻板液位计的颜色和热性能,以满足各种广泛应用的要求,包括色彩鲜艳,热反射的建筑立面,窗户和屋顶; 用于太阳能电池板的吸光,散热罩; 用于服装,外套,帐篷和背包的轻质面料 - 所有这些都可以根据使用环境来捕获或反射热量。

    “使用这种磁翻板液位计,一切都看起来更加丰富多彩,因为那样你就不会关心颜色对建筑物,窗户或衣服的热平衡有什么影响,”研究科学家Svetlana Boriskina说。在麻省理工学院的机械工程系。

    Boriskina是今天出现在光学磁翻板液位计快车期刊上的一项研究的编辑,该研究概述了新的磁翻板液位计工程技术。她的麻省理工学院合着者是Luis Marcelo Lozano,Seongdon Hong,Yi Huang,Hadi Zandavi,Yoichiro Tsurimaki,Jiawei Zhou,Yanfei Xu和Gang Chen,Carl Richard Soderberg动力工程教授,以及Yassine Ait El Aoud和Richard Osgood III,马萨诸塞州内蒂克的战斗能力发展指挥士兵中心。

    聚合物导体
    对于这项工作,Boriskina的灵感来自彩色玻璃窗的鲜艳色彩,几个世纪以来,它一直是通过向玻璃中添加金属和其他天然色素颗粒而制成的。

    “然而,尽管提供了极好的视觉透明度,但玻璃作为一种磁翻板液位计有许多局限性,” Boriskina指出。“它体积大,不灵活,易碎,散热不好,显然不适合可穿戴应用。”

    她说虽然定制玻璃颜色相对简单,但磁翻板液位计对热量的反应很难调整。例如,玻璃面板反射室温热量并将其捕获在室内。此外,如果有色玻璃暴露在来自特定方向的入射太阳光下,来自太阳的热量会产生热点,这很难在玻璃中消散。如果像玻璃这样的磁翻板液位计不能很好地传导或散热,那么这些热量就会损坏磁翻板液位计。

    对于大多数塑料来说也是如此,它们可以设计成任何颜色,但大部分是热吸取器和绝缘体,集中和捕获热量而不是将其反射掉。

    在过去几年中,Chen的实验室一直在研究如何操纵柔性,轻质的聚合物磁翻板液位计来进行,而不是隔热,主要用于电子应用。在之前的工作中,研究人员发现,通过仔细拉伸聚乙烯等聚合物,它们可以改变磁翻板液位计的内部结构,同时改变其导热性能。

    Boriskina认为这种技术不仅可用于制造聚合物电子产品,还可用于建筑和服装。她采用了这种聚合物制造技术,增加了一种色彩。

    “开发一种具有所有这些不同特性的新磁翻板液位计非常困难,”她说。“通常,如果你调整一个属性,另一个属性就会被破坏。在这里,大家从这个组中发现的一个属性开始,然后大家创造性地添加了一个新属性。它们一起作为多功能磁翻板液位计。“
热点消失了

     为了制造彩色薄膜,该团队开始使用聚乙烯粉末和化学溶剂的混合物,向其中添加某些纳米颗粒,使薄膜具有所需的颜色。例如,为了制造黑色薄膜,他们添加了硅颗粒; 通过添加各种商业染料制备其他红色,蓝色,绿色和黄色薄膜。

    然后,研究小组将每个嵌入纳米粒子的薄膜贴在卷对卷设备上,加热后将薄膜软化,使研究人员仔细拉伸磁翻板液位计时使其更柔韧。

    当他们拉伸每部影片时,他们发现磁翻板液位计变得更加透明,并不出所料。他们还观察到聚乙烯的微观结构在拉伸时发生了变化。通常情况下,磁翻板液位计的聚合物链类似于混乱的缠结,类似于煮熟的意大利面条,当拉伸时,这些链条伸直,形成平行纤维。

    当研究人员将每个样品放在太阳模拟器(一个模仿太阳的可见光和热辐射的灯)下时,他们发现一个薄膜伸展的越多,它散发的热量就越多。长而平行的聚合物链基本上提供了热量可以沿其传播的直接路径。沿着这些链条,声子形式的热量可以以“弹道”的方式从其源头射出,避免形成热点。

    研究人员还发现,磁翻板液位计拉伸越少,绝缘越多,捕获热量,并在聚合物缠结内形成热点。

    通过控制磁翻板液位计的拉伸程度,无论磁翻板液位计的颜色如何,Boriskina都可以控制聚乙烯的导热性能。她还仔细选择纳米粒子,不仅仅是通过它们的视觉颜色,还通过它们与不可见辐射热的相互作用。她说研究人员可以利用这种技术生产薄而柔韧的彩色聚合物薄膜,根据应用情况,可以传导或隔热。

    展望未来,她计划推出一个网站,根据其尺寸和内部结构,提供算法来计算磁翻板液位计的颜色和热性能。

    除了影片,她的团队现在正致力于制造纳米粒子嵌入的聚乙烯线,可以缝合在一起形成轻质服装,设计为绝缘或冷却。

    “现在这是影片因素,但大家正在研究纤维和织物,” Boriskina说。“聚乙烯的产量是数十亿吨,也可以回收利用。我认为没有任何重大障碍可以进行大规模生产。“

    这项研究部分得到了战斗能力发展指挥士兵中心的支撑。

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