2020年11月12日
骆驼发明了一种明显违反直觉的方法来保持凉爽，同时在炎热的沙漠环境中保持水分:这些动物的身体覆盖着一层厚厚的绝缘皮毛。
麻省理工学院的研究人员开发了一种由水凝胶和气凝胶制成的两层被动冷却系统，可以在不需要电力的情况下保持食品和药品的凉爽数天。在这张两层材料的特写照片中，上层由气凝胶和底层的水凝胶组成。图片来源:杰弗里·格罗斯曼等。
麻省理工学院研究人员现在已经采用同样的方法设计了一个新的系统。这个系统可以帮助新鲜农产品、药品和其他类似的东西在高温环境中保持凉爽，而不需要依赖电源。
大多数人不会想到在大热天穿骆驼毛大衣，但事实上，许多生活在沙漠地区的人确实是出于基本相同的原因而穿厚外套的。
但事实证明，一个人的衣服，或骆驼的外套，可以帮助减少水分流失，同时允许足够的汗水蒸发，提供一个凉爽的效果。此外，研究人员表示，在相同的条件下，测试表明，剃毛的骆驼比未剃毛的骆驼多流失50%的水分。
麻省理工学院团队设计的新系统利用两层材料来获得类似的效果。汗腺的底层含有一种被称为水凝胶的明胶状物质，这种物质主要含有水分，它被保存在海绵状的基质中，水可以更容易地蒸发。随后，上层的气凝胶将其隐藏起来，气凝胶起到了一种毛皮的作用，使蒸汽能够通过，并将外部热量拒之门外。
虽然水凝胶已经用于某些冷却应用，但现场测试和全面分析表明，这种厚度不到半英寸的新型两层材料，可以提供超过7°C的冷却效果，比单独使用水凝胶的时间长5倍，超过8天，而不到2天。
麻省理工学院博士后陆正茂、研究生Elise Strobach和Ningxin Chen、研究科学家Nicola Ferralis和材料科学与工程系系主任Jeffrey Grossman教授最近在一篇文章中报道了这些发现亚博网站下载亚博老虎机网登录焦耳日报》。
据研究人员称，这种新型系统可以用于包装食品以保持其新鲜，它也可能为农民提供更多的分销选择，允许他们出售易腐烂的作物。该系统还可以使疫苗等药物在运输到遥远的地方时安全储存。
除了提供冷却效果外，这种完全由热量驱动的被动系统还可以减少货物所经历的温度变化，防止加速腐烂的尖峰。
费拉利斯解释说，这些包装材料可以确保从工厂或农场，通过配送链，然后一直到消费者的亚博网站下载家中，对易腐烂的药品或食品进行持续保护。
另一方面，目前依赖于存储设施或冷藏卡车的系统可能会在装卸时出现温度峰值时留下缺口。
短短几个小时内发生的事情对一些易腐烂的食物是非常有害的．
Nicola Ferralis，麻省理工学院材料科学与工程系研究科学家亚博网站下载亚博老虎机网登录
这种双层系统使用的是成本较低的基本原料，例如，气凝胶是由二氧化硅制成的，亚博网站下载二氧化硅基本上是沙滩砂，既经济又丰富。
但是，生产气凝胶所需的加工设备体积庞大，费用昂贵app亚博体育，因此，这方面需要进一步发展，以改进该系统，使其得到有益的应用。尽管如此，至少有一家初创公司已经开始着手设计这种大规模加工，利用这种材料制造隔热窗户。
利用水蒸发提供冷却效果的基本原理已经以这样或那样的形式使用多年，例如用于保存食物的双锅系统。这些系统利用一对陶罐，一个在另一个里面，中间有一层湿砂。水从沙子中蒸发出来，通过外部壶和离开内部壶冷却器。
然而，将这种蒸发冷却与绝缘层结合起来的概念，就像骆驼和沙漠中的其他一些动物所做的那样，实际上从未在人类设计的冷却系统上使用过。
对于食品包装等应用，气凝胶和水凝胶材料的透明度是非常重要的，可以通过包装材料清楚地观察食品状况。亚博网站下载
然而，该研究的主要作者Lu表示，对于其他类型的应用，如空间冷却或制药，厚的绝缘层可能会被使用，为特定应用的材料设计提供了更多的选择。亚博网站下载
水凝胶材料由97%的水组成，水会慢慢蒸发掉。在实验中，一层5毫米的水凝胶被5毫米的气凝胶掩盖，需要200小时才能失去全部水分，而裸露的水凝胶材料需要40小时。
两层材料的冷却水平稍微低一些，在8°C(14.4°F)的情况下，降低了7°C(约12.6°F)。然而，这种影响持续的时间相对较长。当水分从水凝胶材料蒸发时，材料可以随后重新充满水，让循环再次开始。
陆补充说，特别是在电力供应通常受到限制的发展中国家，这类材料可以提供显著的优势。亚博网站下载
因为这种被动冷却方法完全不依赖电力，这为储存和分发那些易腐烂的产品提供了一个很好的途径．
卢正茂，麻省理工学院博士后
来源:https://www.mit.edu/