无论是家庭使用还是工业使用的热能，都是现代社会最大的能源消耗者之一。尽管存在这样一个事实，即以太阳的形式存在着大量的自然热源。但是，麻省理工学院(MIT)的科学家已经开发出一种新型材料，该材料可以利用并有效地吸收来自太阳光的热量，从而获得比传统太阳能集热器更高的温度。
这种材料是一种新型的气凝胶，是一种轻质材料，主要由空气组成，其结构由二氧化硅制成，与制造玻璃时使用的材料相同。如ACS Nano杂志所述，该材料可以使阳光通过，但可以阻止太阳热逸散。这种机制使气凝胶产生的温度高于200 C(398 F)。
制作新的透明气凝胶
为了有效地收集太阳能，团队必须创建一种内部会很热而外部却保持冷的材料。传统上，这是通过在玻璃层和深色的吸热材料之间保持真空来完成的。大多数集中式太阳能收集器都使用此方法。但是，尽管这些易于安装，但维护成本相对较高。
同时，气凝胶已经作为高效和轻质的绝缘材料存在了多年。但是，这些通常具有有限的透明度，大多数气凝胶的透射率仅为70%。因此，麻省理工学院的团队必须弄清楚如何制作一种透明的气凝胶，以有效地用作太阳能吸声器。
为了制造这种气凝胶，研究小组将催化剂与液体溶液中的含二氧化硅化合物颗粒混合，形成凝胶，然后将其干燥以除去所有液体。这样就形成了一个矩阵，尽管它主要由空气组成，但仍然保留了原始混合物的强度。在制造材料的过程中，研究小组还发现，制造出比传统气凝胶干燥快得多的混合物，会产生一种在其晶粒之间具有较小孔隙空间的凝胶。这些较小的孔隙空间散射的光线少得多，最多可以吸收95%的阳光。(相关：研究人员已经将衣物废物回收利用为“气凝胶”超材料，可以帮助防止伤口出血。)
然后，团队在麻省理工学院校园的屋顶上测试了凝胶。在那里，他们创造了一种被动装置，该被动装置由吸热材料组成，并覆盖有一层新的气凝胶。在剑桥冬季的中期，外界空气温度低于零摄氏度(32华氏度)，新的气凝胶能够保持220摄氏度(428华氏度)的温度。在此之前，只有通过使用镜子将太阳光和热量集中到中心线或点上，才能实现这样的高温。由于不需要这种浓缩，因此采用新型气凝胶进行加热的成本要低得多。这使其对于各种应用程序更加有用。
更高热量的可能应用
简单的屋顶平整太阳能集热器仅产生80 C(176 F)，通常用于加热家用水。新型气凝胶所能达到的更高温度使其成为供暖的理想之选，不仅是水，还可能是整个房屋。除家庭用途外，新型气凝胶的大规模应用还可以用于工业用途，有助于制造食品，化学品和其他可能需要高温的物品。
有助于此的事实是，用于制造气凝胶的所有材料都是丰富且廉价的。根据研究人员的说法，气凝胶制造中唯一昂贵的部分是干燥过程，这需要一种称为临界点干燥器的专用设备。该设备可进行非常精确的干燥过程，该过程可从凝胶中提取溶剂，同时保留其纳米级结构。
标签： 太阳热
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！