慧正資訊，從新加坡國立大學（nus.edu.sg）得到的消息，該校開發(fā)出兩種新型氣凝膠，該兩項新研究展示了氣凝膠如何為建筑物提供降溫并保護免受電子設備發(fā)出的有害電磁波的影響。
新加坡國立大學機械工程系的副教授 Duong Hai-Minh（左二）及其團隊——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——從在體重管理補充劑中吸收脂肪球到促進更可持續(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，而新加坡國立大學（NUS）的科學家們將這一材料提升到了新的水平，利用其獨特特性為建筑和施工、環(huán)境修復、藥物遞送，甚至服裝和紡織品等多個領域的應用提供價值。
在一項開創(chuàng)性工作中，由新加坡國立大學設計與工程學院機械工程系的副教授 Duong Hai-Minh 領導的研究團隊開發(fā)了用于兩種新應用的氣凝膠：輻射冷卻和電磁波（EMW）吸收。
該團隊利用塑料廢料設計出薄膜氣凝膠，具有隔熱和輻射冷卻功能。這些氣凝膠可應用于建筑屋頂等任何表面，以降低內部溫度，提供了一種可擴展且可持續(xù)的無能耗熱管理解決方案。團隊的研究成果于2024年5月15日發(fā)表在《Solar Energy》期刊上。
在另一項研究中，新加坡國立大學的研究人員設計了一種簡單且可擴展的方法，用于生產吸收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。這些輕質且耐用的氣凝膠能夠防止電磁污染，保護人類和敏感設備免受日益數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、紙張和農業(yè)副產品（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，耗能巨大，占全球建筑用電的約20%。新加坡國立大學團隊開發(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?！拔覀兒芨吲d能夠將一次性聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶中的纖維回收利用，用于為此目的設計的新型氣凝膠，以幫助應對全球塑料廢物危機?！?
該團隊之前曾使用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維生產氣凝膠，但最新的方法顯著更具能效，能耗降低約97%，生產時間縮短96%。在與新加坡國立大學量子技術中心的 Dr. Jaesuk Hwang 合作進行的測試中，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 補充道。
未來的研究將集中于將這些氣凝膠適應于不同氣候條件，并擴展其應用范圍，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重要。
在這一演示中，被灰色氣凝膠保護的手機記錄到的WiFi速度顯著較慢，這表明該氣凝膠吸收了手機接收到的電磁波。
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的手機記錄到的WiFi速度顯著降低，這表明該氣凝膠吸收了手機接收到的電磁波。
現代電子設備會發(fā)出電磁波（EMWs），這些波會干擾附近的設備并對健康造成風險，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人類和基礎設施免受這些不良影響至關重要。其應用包括增強建筑物的隱私和安全性，以及保護敏感的醫(yī)療設備。
為了解決這一需求，副教授 Duong 的團隊開發(fā)了一種可擴展且環(huán)保的程序，以生產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，表現出令人印象深刻的電磁波能量吸收能力，達到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有的電磁波吸收復合材料輕約10倍，”副教授 Duong補充道?！芭c其他復合材料不同，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，團隊計劃改進氣凝膠的機械性能，如柔韌性，以擴大其在各種建筑和基礎設施項目中的適用性。研究人員還旨在進行實際測試，以全面評估氣凝膠在實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)
