新开发的材料非常透明 从阳光中获取更多热量

新开发的材料非常透明，几乎看不到它可以解锁太阳能热的许多新用途。它产生的温度远高于传统的太阳能集热器 - 足以用于家庭供暖或需要高于200摄氏度(392华氏度)的工业过程。

该工艺的关键是一种新型气凝胶，一种轻质材料，主要由空气组成，结构由二氧化硅制成(也用于制造玻璃)。这种材料可以让阳光轻松穿过但阻挡太阳热量逃逸。研究结果在麻省理工学院研究生林昭的一篇论文“ ACS Nano ”中有所描述。Evelyn Wang，教授兼机械工程系主任; 陈刚，卡尔理查德索德伯格动力工程教授; 和其他五个人。

Wang解释说，有效收集太阳能热量的关键是能够在内部保持热量而在外面保持冷却。一种方法是在一层玻璃和深色吸热材料之间使用真空，这是许多聚光太阳能集热器中使用的方法，但安装和维护相对昂贵。人们对寻找一种较便宜的无源系统非常感兴趣，该系统用于在空间加热，食品加工或许多工业过程所需的较高温度水平下收集太阳能。

气凝胶是一种由二氧化硅颗粒制成的泡沫状材料，多年来一直被开发为高效轻质的绝缘材料，但它们对可见光的透明度通常有限，透射率约为70%。王说，开发一种制造透明度足以用于太阳能热量收集的气凝胶的方法是一个漫长而艰难的过程，涉及几个研究人员大约四年。但结果是一种气凝胶可以透过95%以上的阳光，同时保持其高度绝缘的特性。

使其起作用的关键在于用于制造气凝胶的不同材料的精确比例，其通过将催化剂与含二氧化硅的化合物的颗粒在液体溶液中混合，形成一种凝胶，然后干燥而制成。它可以将所有液体排出，留下主要是空气的基质，但保留原始混合物的强度。他们发现，生产比传统气凝胶更快干燥的混合物，产生的凝胶在其颗粒之间具有较小的孔隙空间，因此散射的光更少。

在麻省理工学院校园的一个屋顶上进行的测试中，一个被吸收的深色材料组成的被动装置覆盖着一层新气凝胶，能够在剑桥冬季中期达到并保持220摄氏度的温度。室外空气温度低于0℃。

这种高温以前只有通过使用聚光系统才能实现，镜子将太阳光聚焦到中心线或点上，但这种系统不需要浓缩，使其更简单，成本更低。这可能使其适用于需要更高热量的各种应用。

例如，简单的平屋顶收集器通常用于家用热水，产生的温度约为80℃。但气凝胶系统所带来的较高温度可以使这种简单的系统也可用于家庭供暖，甚至用于为空调供电。系统。大规模版本可用于为化学，食品生产和制造过程中的各种应用提供热量。

赵将气凝胶层的基本功能描述为“像温室效应一样。我们用来增加温度的材料就像地球大气层提供隔热一样，但这是一个极端的例子。“

在大多数情况下，被动式热量收集系统将连接到包含液体的管道，该液体可以循环以将热量传递到任何需要的地方。另外，Wang建议，对于某些用途，系统可以连接到热管，这些设备可以在不需要泵或任何活动部件的情况下传递热量一段距离。

由于原理基本相同，基于气凝胶的太阳能集热器可以直接取代现有应用中使用的真空集热器，从而提供更低成本的选择。用于制造气凝胶的材料都很丰富且价格低廉; 该过程中唯一昂贵的部分是干燥，这需要一种称为临界点干燥器的专用设备，以实现非常精确的干燥过程，从凝胶中提取溶剂同时保留其纳米级结构。

因为这是一个批处理过程而不是可以用于卷对卷制造的连续过程，如果系统扩展到工业生产水平，它可能会限制生产率。“扩大规模的关键是我们如何降低这一过程的成本，”王说。但即使是现在，初步的经济分析表明，该系统在某些用途上可以经济可行，特别是与真空系统相比。

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