《Interesting Engineering》报导,美国科罗拉多大学波德分校(University of Colorado Boulder)研究团队开发出一种全新、超薄且几乎完全透明的窗户隔热材料,能有效阻挡热能进出,大幅提升建筑能源效率。
这项材料被命名为「介孔透明隔热材料」(Mesoporous Optically Clear Heat Insulator),简称 MOCHI。
研究团队指出,MOCHI 有望改善建筑领域能源浪费问题,窗户造成的热能流失占了耗电量相当大的比例。
MOCHI 的特点在于它几乎看不见,却能长时间使用,并可制成大面积板材或薄片,直接贴附在任何窗户内侧,安装相当便利。
研究共同作者斯马柳克(Ivan Smalyukh)表示,不论室外温度多冷或多热,研究目标都是让室内维持舒适温度,同时避免浪费能源。
研究人员形容,MOCHI 的结构就像是「高科技版的气泡纸」。它是一种矽胶凝胶,90%以上的体积都是空气,内部充满比人类头发还细小许多的微孔结构,将空气牢牢困在其中。
即使厚度只有5毫米,MOCHI仍能凭借这些微小气孔有效阻隔热能,隔热效果好到可以安全地手持火焰而不被烫伤。
为了兼顾隔热与透明度,研究团队将界面活性剂加入液体溶液中,这些分子会自然聚集,形成细长结构,类似油与醋分离的现象。接著,矽胶分子附著在这些结构外层,形成初始骨架。
之后,研究人员透过多个步骤移除界面活性剂,并以空气取代,最终留下由矽胶构成、充满微小空气通道的迷宫式结构。
一般热传递就像打撞球,高能量分子彼此碰撞、传递热能;但在 MOCHI 极为狭小的气孔中,气体分子几乎无法互相碰撞,只能撞上孔壁,进而大幅抑制热流。
研究显示,MOCHI 仅反射约 0.2% 的入射光线,几乎不影响视线,窗外景色依然清晰。
目前 MOCHI 仍停留在实验室阶段,尚未开放给一般消费者使用,但应用潜力不限于窗户隔热。
工程师也构想,未来可利用 MOCHI 捕捉太阳热能,将阳光转换为低成本、永续的热能,用于加热用水或建筑室内空间,即使在多云天气也能发挥效果。
斯马柳克表示,即使天气略为阴沉,仍能收集大量能量,用来替建筑和水加热。
虽然目前制程仍较为耗时,但研究团队认为,随著技术成熟,加上原料成本不高,未来有机会提升量产效率。
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